WO2013144458A1 - Procede de determination de la composition mineralogique - Google Patents

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WO2013144458A1
WO2013144458A1 PCT/FR2012/050642 FR2012050642W WO2013144458A1 WO 2013144458 A1 WO2013144458 A1 WO 2013144458A1 FR 2012050642 W FR2012050642 W FR 2012050642W WO 2013144458 A1 WO2013144458 A1 WO 2013144458A1
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particle
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Gérard MASSONNAT
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
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    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60—Analysis
    • G01V2210/66—Subsurface modeling
    • G01V2210/661—Model from sedimentation process modeling, e.g. from first principles

Definitions

  • the present invention relates to the field of geological soil modeling. We are particularly interested in the modeling of the evolution of the mineralogical composition and the change of facies of a geological soil.
  • a facies is used to qualify a litho-stratigraphic stage, a rock or a mineral.
  • a litho-stratigraphic stage a rock or a mineral.
  • Drilling can be costly and can only provide limited information, as wells can be spaced more than a hundred meters apart.
  • the present invention therefore improves the situation.
  • the present invention proposes to model the modification of the mineralogical composition of a soil.
  • the present invention thus aims at a method implemented by computer simulation of modifications of mineralogical compositions of a soil. This process comprises:
  • this model comprising at least one local mineralogical composition parameter function of local coordinates in this model
  • mineralogical composition parameter means a parameter representing the proportions of minerals (such as sulfur, galena, cassiterite, fluorite, calcite, colemanite, chalcantite, magnesite). , etc.) in a part of a soil, but also the proportions of other compounds chemical non-mineral type like molecules (eg. CO2, O2, etc.) or ions (Ca 2+, HCO 3, "etc.).
  • minerals such as sulfur, galena, cassiterite, fluorite, calcite, colemanite, chalcantite, magnesite). , etc.
  • Aggression parameter means the ability of a particle to modify a mineralogical composition parameter of a soil.
  • this method makes it possible to estimate the mineralogical composition of a soil in order to estimate its petro-physical properties over time.
  • the model provided can be built by geologists from point drilling data.
  • This model represents for example a soil millennia ago, during its formation, its compaction, etc.
  • the local mineralogical composition parameter can comprise a plurality of components, each component being able to be associated with a proportion of one type of mineral in a mineralogical composition.
  • the modification of the local mineralogical composition parameter may also include modifications of the components, each component being able to be modified to a different extent.
  • the local mineralogical composition parameter can comprise three components.
  • the local mineral composition parameter can then include:
  • calcite represents 30% of the composition of the soil.
  • - a component with a value of 0.6 to indicate that dolomite represents 60% of the soil composition.
  • the components can be modified to a different extent during the simulation.
  • the particles introduced into the model may not have the same capacity to dissolve or precipitate the different minerals or to react with the different chemical compounds.
  • a particle may have a great ability to dissolve calcite but no ability to dissolve clay.
  • the modification of the mineralogical composition can be chosen from: dissolution, precipitation, change of lithology with change of porosity.
  • the modification of the mineralogical composition may be parameterized by a parameter chosen from among the mineral (s) subject (s) of the modification, a maximum / minimum porosity value of the model, a maximum / minimum value of the diameter of the duct, a reactivity index for each mineral, a facies transformation, a modification inhibitor, a kinetics of the modification, a mineral to be transformed, a mineral to be created, minima and maxima of a mineral change rate.
  • the modification of the component may include an increase in the proportion associated with said component.
  • the modification of the component may comprise a decrease in the proportion associated with said component.
  • increasing the proportion associated with the component makes it possible to simulate a precipitation of a mineral or the creation of a chemical compound in the soil
  • the decrease in the proportion associated with the component makes it possible to simulate a dissolution of a mineral. a mineral or the disappearance of a chemical compound in the soil.
  • steps Ibl, Here 161 and / or presented above can be performed for a plurality of particles.
  • the particle may comprise a mineralogical composition parameter.
  • the aggressiveness of the particle can be function:
  • mineralogical composition parameter of the particle means a parameter representing the proportions of minerals present in the particle, either in suspension or in dissolved form. It is also understood that this term covers other chemical compounds of the non-mineral type, such as molecules (eg CO 2, O 2, etc.) or ions (Ca 2+ , HCO 3 " , etc.).
  • the aggression parameter can comprise a plurality of components, each component of the aggressiveness being able to be associated with a capacity of the particle to dissolve or to precipitate a type of mineral in the presence of a mineralogical composition.
  • this characteristic can make it possible to simulate different aggressivities of the particle according to its chemical composition and the chemical / mineralogical composition of the mesh in which it is located.
  • aggression has three components [0.2; -0.9; 0]
  • the simulated particle may have a low capacity to dissolve calcite (ie 0.2), a very high capacity to precipitate dolomite (ie -0.9) but no ability to dissolve or precipitate clay (ie 0).
  • a device for simulating changes in the mineralogical compositions of a soil can be advantageous, in itself, since it makes it possible to provide a representation of the mineralogical composition of a soil in time.
  • the present invention also relates to a device for simulating changes in the mineralogical compositions of a soil, said device being shaped to implement the steps of the method described above.
  • a computer program, implementing all or part of the method described above, installed on a pre-existing equipment, is in itself advantageous, since it allows this simulation.
  • the present invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the method described above, when this program is executed by a processor.
  • FIG. 1 shows an example of a geological section in a soil of a karstic area
  • FIG. 2 is an example of representation of a meshed geological model
  • FIGS. 3a to 3c illustrate a phenomenon of modification of the mineralogical composition of meshes of a model in an embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows an exemplary device for modifying the mineralogical composition of meshes of a model in an embodiment according to the invention
  • FIG. 5 is a block diagram of an embodiment according to the invention.
  • Figure 1 shows an example of a geological section in a soil of a karst area 1.
  • This zone 1 has fractures 2, 6, and cavities 3, 5 in a rock.
  • the fractures 6 and the cavities 5 can be filled with water.
  • the rock may, for example, comprise limestone, or more generally carbonate rocks.
  • FIG. 2 schematically shows an example of a meshed geological model according to one embodiment of the invention. This model can be used to simulate changes in petro-physical properties of a soil (particularly through the mineralogical composition of the soil), this soil being a heterogeneous sedimentary medium.
  • the modeling of the karstic zone by a geological model can indeed be advantageous in the context of the simulation according to the embodiments of the invention.
  • the mesh of a geological model allows the simplified simulation by means of computers and software handling in a native way these meshes.
  • each particle may correspond to a drop of water, to a molecule of water.
  • the meshed geological model can be two-dimensional, as in the example illustrated in Figure 2 for clarity, or advantageously three-dimensional.
  • the model of FIG. 2 comprises meshes Mu, M 2 , M 2 -i, ..., M 46 , M 47, etc.
  • each mesh M a geological mesh parameter value (for example a permeability value Ky) but also a mineralogical composition (noted CMy).
  • the variables i and j make it possible to index in space the positions of the meshes.
  • M 2 ... corresponds a permeability value KM, K 2 , etc. and a CM-M, CM-
  • K permeability value
  • a second medium is described by edge parameter values, for example duct diameters d 24v (vertical edge between the two nodes N 24 and N 34 ), d 3 4 h (horizontal edge between the two nodes N 34 and N 35 ), etc.
  • the stochastic displacement of a particle in the second medium is probabilized taking into account these duct diameter values d 24v, etc., so as to simulate a flow of water through fractures.
  • the particles can be introduced at a given node, for example Nu, or at several nodes.
  • the introduction of particles can be carried out with a given periodicity.
  • the particles are subject to two types of displacements: an advective displacement, and a dispersive displacement.
  • the most probable displacement of the particle is called “advective displacement” (respectively “advective direction”).
  • advective displacement is likely to take place according to a direction and a direction given by a hydraulic gradient corresponding to the modeled zone, to the fact that this zone is saturated or not.
  • limestone lithologies can be characterized by an IRy reaction index (IDy dolomitization index respectively in the case of limestone) describing the ability of their mineralogical composition to change (respectively the capacity of the limestone to turn into dolomite).
  • IRy reaction index IDy dolomitization index respectively in the case of limestone
  • the particles introduced into the model can evolve during simulation the mineralogical composition parameters of the first (matrix).
  • the precipitation of element in significant proportion can cause a change of lithology and thus of facies of the rock (for example: a phenomenon of dolomitization), in particular as a function of the aggressiveness of the particles, of the current (or initial) matrix CM mineral composition, of the current reaction index IRy, of the chemical content particle, etc.
  • the diagenesis of the rock can also be taken into account, namely the type of action of the particles on the rock during their displacement.
  • the type of action of the particles on the rock is chosen from one of the following:
  • the parameters taken into account for this one can be:
  • the minerals to be dissolved (chosen for example from a list comprising limestones, dolomites, dolomitic limestones, calcareous dolomites, clayey sandstone and clayey limestone, in predefined proportions),
  • a reactivity index (between 0 and 1) that can be defined for each of the minerals
  • the aggressiveness of the particle here describes the particle's ability to transform the lithology or chemical composition of the rock traversed.
  • the particles may have variable characteristics, for example according to their coordinates in the model, according to the simulation time, according to the distance traveled by a particle, depending on the type of fluid, etc.
  • the particle may lose aggression while in case of precipitation, the aggressiveness of it can be increased.
  • FIGS. 3a to 3c illustrate a phenomenon of modification of the mineralogical composition of meshes of a model in an embodiment according to the invention.
  • the rocks represented in the model are calcareous rocks but other compositions are conceivable such as schists and sandstones.
  • Limestone rocks are easily soluble in water and mainly composed of CaCO 3 calcium carbonate.
  • CaCO 3 calcium carbonate for example, here are some minerals / rocks that can participate in the composition of a rock of this type:
  • Dolomite mineral composed of calcium carbonate and magnesium of chemical formula CaMg (CO3) 2 with traces of Fe; mn; Co; Pb; Zn;
  • - Clay sedimentary rock, containing at least 50% alumina silicate, to which are added other minerals (quartz, feldspar, calcite, iron oxides)
  • Figure 3a shows a geological model meshed in two dimensions at a moment of simulation t.
  • This model comprises in a simplified way nine meshes.
  • This model may have, for example, been received (step 401 of FIG. 5) by electronic simulation software, via a connection interface (for example, a USB interface, an Ethernet interface or a connection bus to a terminal). Hard disk).
  • a connection interface for example, a USB interface, an Ethernet interface or a connection bus to a terminal.
  • Hard disk for example, a USB interface, an Ethernet interface or a connection bus to a terminal.
  • the meshes of this model each have a mineralogical composition given and fixed before the simulation.
  • the mineralogical composition of the mesh M 2 i is denoted CM 2 -i (t)
  • the mineralogical composition of the mesh M 22 is denoted CM 22 (t)
  • the mineralogical composition of the mesh M 23 is denoted CM 23 (t).
  • the model comprises a local mineralogical composition parameter that can depend on the mesh considered (ie the coordinates of the mesh considered in the model).
  • a particle 103 is present in the mesh M 2 i and has an aggressiveness a (ti) (or aggression parameter).
  • the aggressiveness of the particle can be represented by a segment of numerical values, each numerical value of this segment representing a capacity of the particle to modify a given mineral.
  • This segment indicates in this case that the particle 103 has a high capacity to dissolve calcite (ie 0.7), a low capacity to dissolve dolomite (ie 0.3) and an average capacity to precipitate clay ( ie -0.5).
  • the mineralogical composition of the mesh may also comprise, by extension of the notion, chemical compounds which are not explicitly considered as minerals: for example, the mineralogical composition of a mesh may also comprise molecules (eg CO 2 , O 2 , etc.) or ions (Ca 2+ , HCO 3 - , etc.).
  • CM 21 (t 1 ) [0.8, 0.1, 0.1].
  • the new proportions of the mineralogical composition (after modification) of the mesh can be determined as follows:
  • step 1 intermediate values of mineralogical composition are determined by multiplying the old proportion by the corresponding aggressiveness component and subtracting the result of this calculation from the old proportion;
  • step 2 once these intermediate values have been determined for each of the components, divide each of these intermediate values by the sum of the determined intermediate values.
  • step 1 we would have in step 1 the following result [0.8 * (1 - 0.7); 0.1 * (1 - 0.3); 0.1 * (1 + 0.5 )] or [ ⁇ , 24, 0.07, 0.15].
  • step 1 we would have in step 1 the following result [0.8 * (1 - 0.7); 0.1 * (1 - 0.3); 0.1 * (1 + 0.5 )] or [ ⁇ , 24, 0.07, 0.15].
  • each of the new mineralogical composition components can be a function of a plurality of old mineralogical composition components or aggression components in order to finely represent the underlying chemical reactions.
  • the aggressiveness of the particle may change (step 404 of FIG. 5). Indeed, if the particle induces a strong dissolution of calcite, it is likely that its power to dissolve such a mineral would be reduced in fact.
  • the new components of the aggression (after modification) of the particle can be determined by multiplying the old component of aggressiveness by the complement to 1 of the old associated mineral component (ie corresponding at the same mineral).
  • a new aggression component may be a function of a plurality of old aggression components or local mineralogical composition components in order to finely represent the underlying chemical reactions.
  • the aggressiveness of the particle is a function of its "ionic" composition (or, because of language abuse, of its mineralogical composition), (for example, the concentration of acid, Ca 2+ or HCO3 " ), the chemical mechanisms of precipitation or dissolution can change the mineralogical composition of the particle, and thus change its aggressiveness.
  • the particle 103 has in its mineralogical composition a high concentration of ions Ca 2+ and that the mesh M 2 i comprises in its mineralogical composition of the ion HCO3 "suspension, precipitation of calcium carbonate can occur (common situation in aquatic environments, especially marine environments).
  • the concentration of Ca 2+ ions in the particle decreases and the particle loses its "aggressiveness". It should be noted that in the latter case, the aggressiveness of the particle does not depend exclusively on the particle but also on the medium in which the particle is located: the mesh M21.
  • the particle 103 is found in the mesh M 2 2.
  • the aggressiveness of the particle a (t-i + 1) at this instant has been modified between the times t- ⁇ and t-i + 1 according to the modifications made with the mineral composition CM21 of the mesh M 2 i.
  • the mineralogical composition of the other meshes (ie M 2 2 and M23) is not modified, no particle being within these meshes between the simulation times t i and t-i + 1.
  • This end criterion can also be implicit.
  • this end criterion can be a maximum simulation time beyond which the simulation must stop.
  • This criterion can also be the exit of the particle beyond the limits of the model, the particle no longer belonging to any mesh, no modification of the mineralogical composition is then no longer possible. If the end criterion is not validated (KO output of test 405), the process is reiterated.
  • the model's mineral composition parameter is returned (message 406) (for example, for storage on hard disk via an output and write interface or for presentation to a user in graphic form via a screen or a display console).
  • FIG. 4 shows an exemplary simulation device 502.
  • the device 502 comprises a computer, comprising a memory 500 for storing the meshed geological model, and processing means, for example a processor 501 for perform the simulations and determine the mineralogical composition changes of said model.
  • FIG. 5 is a typical example of a program whose instructions can be carried out with the simulation equipment.
  • FIG. 5 may correspond to the flow diagram of the general algorithm of a computer program within the meaning of the invention.

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Description

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA COMPOSITION
MINERALOGIQUE
La présente invention concerne le domaine de la modélisation de sol géologique. On s'intéresse particulièrement à la modélisation de l'évolution de la composition minéralogique et du changement de faciès d'un sol géologique.
La détermination des faciès sédimentaires et de la composition minéralogique dans un sol est souvent une étape nécessaire à la détermination de la capacité de ce sol à piéger des hydrocarbures.
Un faciès sert à qualifier un étage litho-stratigraphique, une roche ou un minéral. Par exemple, on peut parler d'un faciès isométrique (minéraux/roches présentant des dimensions sensiblement égales suivant les trois directions de l'espace comme la galène ou le grenat), d'un faciès allongé (minéraux/roches présentant des cristaux développés suivant une seule direction), d'un faciès tabulaire (minéraux/roches présentant des cristaux développés suivant deux directions de l'espace), etc.
Pour déterminer ces faciès, il peut être utile de réaliser des forages à différents points d'intérêts. Ainsi, il est possible à partir des carottes de forages de déterminer les différents faciès verticalement en fonction de la profondeur.
De telles méthodes ne sont pas exemptes de défauts.
Les forages sont des chantiers pouvant se révéler coûteux et ne permettent d'obtenir que des informations ponctuelles limitées, les puits de forages pouvant être espacés de plus d'une centaine de mètres de distance.
Il y a ainsi un besoin pour améliorer les méthodes existantes en modélisant le sol afin d'être en mesure d'évaluer avec précision les propriétés pétro-physiques (porosité, perméabilité, etc.) du sol dans des domaines non-forés.
La présente invention vient donc améliorer la situation.
A cet effet, la présente invention propose de modéliser la modification de la composition minéralogique d'un sol.
La présente invention vise alors un procédé mis en œuvre par ordinateur de simulation de modifications de compositions minéralogiques d'un sol. Ce procédé comprend :
/a/ recevoir un modèle géologique dudit sol, ce modèle comportant au moins un paramètre de composition minéralogique locale fonction de coordonnées locales dans ce modèle ;
/b/ simuler un déplacement stochastique d'une particule dans le modèle géologique, ladite particule ayant des coordonnées dans ledit modèle et comportant un paramètre d'agressivité,
Ici modifier le paramètre de composition minéralogique locale en prenant en compte au moins :
- les coordonnées de la particule dans ledit modèle,
- l'agressivité de la particule, et
- le paramètre de composition minéralogique locale ;
/d/ modifier l'agressivité de la particule en prenant en compte au moins la modification de la composition minéralogique locale de l'étape Ici ;
le/ sur validation d'un critère de fin fournir le paramètre de composition minéralogique locale, sinon réitérer les étapes /b/, Ici, 161 et le/.
On entend par « paramètre de composition minéralogique » (ou plus simplement « composition minéralogique») un paramètre représentant les proportions de minéraux (comme le soufre, la galène, la cassitérite, la fluorite, la calcite, la colémanite, la chalcantite, la legrandite, etc.) dans une partie d'un sol, mais également les proportions d'autres composés chimiques de type non minéral comme des molécules (ex. CO2, O2, etc.) ou des ions (Ca2+, HCO3 ", etc.).
On entend par « paramètre d'agressivité » (ou plus simplement « agressivité ») la capacité d'une particule à modifier un paramètre de composition minéralogique d'un sol.
Avantageusement, ce procédé permet d'estimer la composition minéralogique d'un sol afin d'estimer ses propriétés pétro-physiques dans le temps.
A titre d'illustration, le modèle fourni peut être construit par des géologues à partir de données de forages ponctuelles. Ce modèle représente par exemple un sol il y a des millénaires, lors de sa formation, sa compaction, etc.
Dans un mode de réalisation particulier, le paramètre de composition minéralogique local peut comporter une pluralité de composantes, chaque composante pouvant être associée à une proportion d'un type de minéral dans une composition minéralogique.
La modification du paramètre de composition minéralogique locale peut également comporter des modifications des composantes, chaque composante pouvant être modifiée dans une mesure différente.
A titre d'illustration, le paramètre de composition minéralogique local peut comprendre trois composantes. Pour un point de coordonnées données dans le modèle, le paramètre de composition minéralogique local peut comprendre alors :
- une composante dont la valeur est de 0,3 afin d'indiquer que la calcite représente 30% de la composition du sol.
- une composante dont la valeur est de 0,6 afin d'indiquer que la dolomite représente 60% de la composition du sol. - une composante dont la valeur est de 0,1 afin d'indiquer que l'argile représente 10% de la composition du sol.
Avantageusement, les composantes peuvent être modifiées dans une mesure différente lors de la simulation. En effet, les particules introduites 5 dans le modèle peuvent ne pas avoir la même capacité à dissoudre ou à précipiter les différents minéraux ou à réagir avec les différents composés chimiques. Par exemple, une particule peut posséder une grande capacité à dissoudre de la calcite mais aucune capacité à dissoudre de l'argile.
i o En outre, la modification de la composition minéralogique peut être choisie parmi : dissolution, précipitation, changement de lithologie avec changement de porosité.
La modification de la composition minéralogique peut être paramétrée 15 par un paramètre choisi parmi un/des minéral(aux) sujet(s) de la modification, une valeur maximale/minimale de porosité du modèle, une valeur maximale/minimale de diamètre de conduit, un index de réactivité pour chaque minéral, une transformation du faciès, un inhibiteur de la modification, une cinétique de la modification, un minéral à transformer, un 20 minéral à créer, des minima et maxima d'un taux de changement de minéral.
Dans un mode de réalisation de l'invention, et pour au moins une composante du paramètre de composition minéralogique local, la 25 modification de la composante peut comprendre une augmentation de la proportion associée à ladite composante.
En outre, et pour au moins une composante du paramètre de composition minéralogique local, la modification de la composante peut comprendre une diminution de la proportion associée à ladite composante. Ainsi, l'augmentation de la proportion associée à la composante permet de simuler une précipitation d'un minéral ou la création d'un composé chimique dans le sol, tandis que la diminution de la proportion associée à la composante permet de simuler une dissolution d'un minéral ou la disparation d'un composé chimique dans le sol.
En variante, les étapes Ibl, Ici 161 et le/ présentées ci-dessus peuvent être réalisées pour une pluralité de particules.
Ainsi, il est possible de simuler un grand nombre de modification unitaire du modèle. Ce grand nombre de modification peut permettre d'obtenir une représentation plus fiable de la structure minéralogique d'un sol.
Dans un mode de réalisation particulier, la particule peut comporter un paramètre de composition minéralogique. Alors, l'agressivité de la particule peut être fonction :
- du paramètre de composition minéralogique de la particule,
- du paramètre de composition minéralogique locale du modèle, et
- des coordonnées de la particule dans ledit modèle.
On entend par « paramètre de composition minéralogique de la particule » un paramètre représentant les proportions de minéraux présents dans la particule, soit en suspension, soit sous forme dissoute. Il est également entendu que cette expression couvre d'autres composés chimiques de type non minéral, comme des molécules (ex. CO2, O2, etc.) ou des ions (Ca2+, HCO3 ", etc.).
En outre, le paramètre d'agressivité peut comporter une pluralité de composantes, chaque composante de l'agressivité pouvant être associée à une capacité de la particule à dissoudre ou à précipiter un type de minéral en présence d'une composition minéralogique. Avantageusement, cette caractéristique peut permettre de simuler des agressivités différentes de la particule en fonction de sa composition chimique et de la composition chimique/minéralogique de la maille dans laquelle elle se trouve. Ainsi, si l'agressivité possède trois composantes [0,2 ; -0.9 ; 0], la particule simulée peut posséder une faible capacité à dissoudre de la calcite (i.e. 0,2), une très grande capacité à précipiter de la dolomite (i.e. -0,9) mais aucune capacité à dissoudre ou à précipiter l'argile (i.e. 0).
Un dispositif de simulation de modifications de compositions minéralogiques d'un sol peut être avantageux, en lui-même, dès lors qu'il permet de fournir une représentation de la composition minéralogique d'un sol dans le temps.
Ainsi, la présente invention vise également un dispositif de simulation de modifications de compositions minéralogiques d'un sol ledit dispositif étant conformé pour mettre en œuvre les étapes du procédé décrit précédemment.
Un programme informatique, mettant en œuvre tout ou partie du procédé décrit ci-avant, installé sur un équipement préexistant, est en lui-même avantageux, dès lors qu'il permet cette simulation.
Ainsi, la présente invention vise également un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé précédemment décrit, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
La figure 5 décrite en détails ci-après, peut former l'organigramme de l'algorithme général d'un tel programme informatique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 montre un exemple de coupe géologique dans un sol d'une zone karstique ;
- la figure 2 est un exemple de représentation d'un modèle géologique maillé ;
- les figures 3a à 3c illustrent un phénomène de modification de composition minéralogique de mailles d'un modèle dans un mode de réalisation selon l'invention ;
- la figure 4 montre un exemple de dispositif de modification de composition minéralogique de mailles d'un modèle dans un mode de réalisation selon l'invention ;
- la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation selon l'invention.
La figure 1 montre un exemple de coupe géologique dans un sol d'une zone karstique 1 . Cette zone 1 comporte des fractures 2, 6, et des cavités 3, 5 dans une roche. Comme la zone 1 est en partie inondée, par exemple du fait de la proximité d'une nappe phréatique 4, les fractures 6 et les cavités 5 peuvent être remplies d'eau.
La roche peut, par exemple, comprendre du calcaire, ou plus généralement des roches carbonatées.
De l'eau de pluie, ou bien encore de l'eau provenant de la nappe phréatique 4 ou de remontées hydrothermales, peut s'infiltrer à travers des interstices, par exemple les pores de la roche, les fractures 2, 6, et/ou les cavités 3, 5. Cette infiltration augmente la taille de ces interstices du fait de la dissolution de carbonates de la roche dans l'eau infiltrée, ce qui peut conduire à la formation de cavités. La figure 2 montre schématiquement un exemple de modèle géologique maillé selon un mode de réalisation de l'invention. Ce modèle peut être utilisé pour simuler les modifications de propriétés pétro-physiques d'un sol (notamment au travers de la composition minéralogique de celui-ci), ce sol pouvant être un milieu sédimentaire hétérogène.
En effet, des phénomènes de dissolution, de précipitation et de changement de lithologie peuvent se produire naturellement dans un milieu géologique et un tel modèle peut permettre de les simuler.
La modélisation de la zone karstique par un modèle géologique, par exemple maillée, peut en effet être avantageuse dans le cadre de la simulation selon les modes de réalisation de l'invention. En effet, le maillage d'un modèle géologique permet la simulation simplifiée aux moyens d'ordinateurs et de logiciels manipulant de manière native ces maillages.
Dans ce modèle, on simule le déplacement de particules sur un réseau (ou modèle géologique). Les particules représentent l'eau infiltrée dans la roche. Chaque particule peut par exemple correspondre à une goutte d'eau, à une molécule d'eau.
Le modèle géologique maillé peut être à deux dimensions, comme dans l'exemple illustré par la figure 2 pour plus de clarté, ou avantageusement à trois dimensions.
Le modèle de la figure 2 comporte des mailles Mu, M 2, M2-i,..., M46, M47, etc.
Dans ce mode de réalisation, on peut prévoir d'affecter par défaut à chaque maille M une valeur de paramètre géologique de maille (par exemple une valeur de perméabilité Ky) mais également une composition minéralogique (noté CMy). Les variables i et j permettent d'indicer dans l'espace les positions des mailles. Ainsi, à chaque maille Mu, M 2 ... correspond une valeur de perméabilité K-M , K 2, etc. et une composition minéralogique CM-M , CM-|2, etc. Ces valeurs permettent de décrire un premier milieu. Le déplacement stochastique d'une particule dans le premier milieu est probabilisé en prenant en compte les valeurs de perméabilité K , de façon à simuler un écoulement dans une roche poreuse, dite également matrice.
Un deuxième milieu est décrit par des valeurs de paramètre d'arête, par exemple des diamètres de conduits d24v (arête verticale entre les deux nœuds N24 et N34), d34h (arête horizontale entre les deux nœuds N34 et N35), etc. Le déplacement stochastique d'une particule dans le deuxième milieu est probabilisé en prenant en compte ces valeurs de diamètre de conduits d24v, etc., de façon à simuler un écoulement d'eau à travers des fractures.
Les particules peuvent être introduites à un nœud donné, par exemple Nu , ou bien à plusieurs nœuds. L'introduction de particules peut être effectuée avec une périodicité donnée.
Dans ce mode de réalisation, on considère que les particules sont soumises à deux types de déplacements : un déplacement advectif, et un déplacement dispersif. On appelle « déplacement advectif » (respectivement « direction advective ») le déplacement le plus probable de la particule (respectivement direction du déplacement le plus probable de la particule). Pour une maille donnée, le déplacement advectif est susceptible d'avoir lieu suivant une direction et un sens donnés par un gradient hydraulique correspondant à la zone modélisée, au fait que cette zone soit saturée ou non.
En outre, les lithologies calcaires peuvent être caractérisées par un indice de réaction IRy (respectivement indice de dolomitisation IDy dans le cas de calcaire) décrivant la capacité de leur composition minéralogique à se modifier (respectivement la capacité du calcaire à se transformer en dolomite).
On peut ainsi prévoir que les particules introduite dans le modèle peuvent faire évoluer en cours de simulation les paramètres de composition minéralogique du premier (matrice). La précipitation d'élément en proportion significative peut provoquer un changement de lithologie et donc de faciès de la roche (par exemple : un phénomène de dolomitisation), notamment en fonction de l'agressivité des particules, de la composition minéralogique CM courante (ou initiale) de la matrice, de l'indice de réaction courant IRy, de la teneur chimique de la particule, etc.
La diagénèse de la roche peut également être prise en compte, à savoir le type d'action des particules sur la roche lors de leur déplacement. Par exemple, le type d'action des particules sur la roche est choisi parmi l'un des suivants :
- dissolution, par laquelle l'eau dissout la roche,
- précipitation, par laquelle les ions dissouts dans l'eau se déposent sur la roche,
- changement de lithologie liée à un changement (augmentation ou décroissance) de la porosité.
Prenant pour exemple la dissolution, les paramètres pris en compte pour celle-ci peuvent être :
- les minéraux à dissoudre (choisis par exemple parmi une liste comprenant calcaires, dolomies, calcaires dolomitiques, dolomies calcaires, grès argileux et calcaires argileux, en proportions prédéfinies),
- une valeur maximale de porosité de la matrice, et/ou une valeur maximale de diamètre de conduit pouvant être obtenues par dissolution,
- un index de réactivité (compris entre 0 et 1 ) pouvant être défini pour chacun des minéraux,
- une transformation du faciès, en définissant les valeurs à la fois avant et après dissolution,
- un inhibiteur de la réaction de dissolution,
- la cinétique de la réaction de dissolution (prenant en compte par exemple les facteurs de température, d'énergie d'activation, etc .).
Dans le cas de la précipitation, de similaires paramètres peuvent être définis, pour prendre en compte les particularités de la précipitation dans la roche considérée. Par exemple, les valeurs minimales de porosité et de diamètre peuvent être définies à la place des valeurs maximales pour la dissolution.
Dans le cas du changement de lithologie, on peut par exemple déterminer :
- le minéral à transformer,
- le minéral créé,
- la transformation du faciès, en définissant les valeurs à la fois avant et après changement de lithologie,
- les minima et maxima du taux de changement de minéral,
- des inhibiteurs ou une cinétique comme ci-dessus.
- Ces paramètres peuvent être définis, le cas échéant, pour l'un, l'autre, ou les deux milieux.
L'agressivité de la particule décrit ici la capacité de la particule à transformer la lithologie ou la composition chimique de la roche traversée.
Les particules peuvent posséder des caractéristiques variables, par exemple selon leurs coordonnées dans le modèle, selon le temps de simulation, selon la distance parcouru par une particule, selon le type de fluide, etc. Notamment, en cas de dissolution, la particule peut perdre en agressivité alors qu'en cas de précipitation, l'agressivité de celle-ci peut être augmentée.
Un exemple de procédé de simulation de déplacement stochastique de la particule peut être donné par la demande de brevet PCT/FR201 1/052099.
Les figures 3a à 3c illustrent un phénomène de modification de composition minéralogique de mailles d'un modèle dans un mode de réalisation selon l'invention. Dans ces figures, il est considéré, à des fins de simplifications que les roches représentées dans le modèle sont des roches calcaires mais d'autres compositions sont envisageables comme des schistes et des grès.
Les roches calcaires sont des roches facilement solubles dans l'eau et composés majoritairement de carbonate de calcium CaCO3. A titre d'exemple, voici quelques minéraux/roches pouvant participer à la composition d'une roche de ce type :
- La calcite : minéral composé de carbonate de calcium CaCO3, avec des traces de Mn, Fe, Zn, Co, Ba, Sr, Pb, Mg, Cu, Al, Ni, V, Cr, Mo ;
- La dolomite : minéral composé de carbonate de calcium et de magnésium de formule chimique CaMg(CO3)2 avec des traces de Fe; Mn; Co; Pb; Zn ;
- L'argile : roche sédimentaire, contenant au moins 50% de silicate d'alumine, auxquels s'ajoutent d'autres minéraux (quartz, feldspath, calcite, oxydes de fer)
La figure 3a représente un modèle géologique maillé en deux dimensions à un instant de simulation t. Ce modèle comporte de manière simplifiée neuf mailles. Ce modèle peut avoir, par exemple, été reçu (étape 401 de la figure 5) par un logiciel de simulation par voie électronique, via une interface de connexion (par exemple, une interface USB, une interface Ethernet ou un bus de connexion à un disque dur).
Les mailles de ce modèle possèdent chacune une composition minéralogique donnée et fixée préalablement à la simulation. La composition minéralogique de la maille M2i est notée CM2-i(t), la composition minéralogique de la maille M22 est notée CM22(t) et la composition minéralogique de la maille M23 est notée CM23(t). Ainsi, on dit que le modèle comporte un paramètre de composition minéralogique locale pouvant dépendre de la maille considérée (i.e. des coordonnées de la maille considérée dans le modèle).
- A l'instant t-i, une particule 103 est présente dans la maille M2i et comporte une agressivité a(t-i) (ou paramètre d'agressivité). L'agressivité de la particule peut être représentée par un segment de valeurs numériques, chaque valeur numérique de ce segment représentant une capacité de la particule à modifier un minéral donné. A titre d'exemple, il est supposé que la présente particule 103 comporte une agressivité dont le segment est égal à [calcite = 0,7 ; dolomite = 0,3 ; argile = -0,5] (ou de manière plus succincte [0,7 ; 0,3 ; -0,5]). Ce segment indique dans le présent cas que la particule 103 a une forte capacité à dissoudre la calcite (i.e. 0,7), une faible capacité à dissoudre la dolomite (i.e. 0,3) et une capacité moyenne à précipiter de l'argile (i.e. -0,5).
Par ailleurs, la composition minéralogique de la maille M2i comprend, par exemple, une grande quantité de dolomite, une faible quantité de calcite et d'argile : on dit que les proportions de dolomite, de calcite et d'argile sont les composantes de la composition minéralogique de la maille M2i . Il est possible de noter ces composantes sous la forme d'un segment [0,8 ; 0,1 ; 0,1 ] = CM2-i(t). La composition minéralogique de la maille peut également comprendre, par extension de la notion, des composés chimiques qui ne sont pas explicitement considérés comme des minéraux : par exemple, la composition minéralogique d'une maille peut également comprendre des molécules (ex. CO2, O2, etc.) ou des ions (Ca2+, HCO3", etc.).
Entre les instants ti et t-i+1 , il est possible de simuler le déplacement stochastique de la particule (étape 402 de la figure 5), notamment au regard des procédés présentées dans la demande de brevet PCT/FR201 1/052099. A des fins de simplifications, il est considéré dans les exemples des figures 3a à 3c que le déplacement simulé de la particule est vertical, dans la direction - y .
Entre les instants ti et t-i+1 , il est également possible de simuler le fait que la présence de la particule dans la matrice de la maille M2i induise une modification (étape 403 de la figure 5) de la composition minéralogique de la maille (ou paramètre de composition minéralogique local). En effet, si la composition minéralogique de la maille comporte de dolomite et que la particule possède également une capacité de dissolution de la dolomite, la proportion de dolomite dans la maille diminuera tandis que les proportions des autres minéraux augmenteront en conséquence. Il en ira de même pour la capacité de précipitation d'un minéral considéré pour laquelle la proportion du minéral considéré augmentera.
Dans l'exemple des figures 3a à 3c, nous avons a(t1 ) = [θ,7;0,3;-0,5] et
CM21(t1 ) = [0,8;0,1;0,1] . Dans un mode de réalisation de la simulation, les nouvelles proportions de la composition minéralogique (après modification) de la maille peuvent être déterminées comme suit :
- étape 1 : des valeurs intermédiaires de composition minéralogique sont déterminées en multipliant l'ancienne proportion par la composante d'agressivité correspondante et en soustrayant le résultat de ce calcul à l'ancienne proportion ;
- étape 2 : une fois ces valeurs intermédiaires déterminées pour chacune des composantes, diviser chacune de ces valeurs intermédiaires par la somme des valeurs intermédiaires déterminées.
Dans le présent cas, nous aurions à l'étape 1 le résultat suivant [0,8 * (1 - 0,7);0,1 * (1 - 0,3);0,1 * (1 + 0,5)] soit [θ,24;0,07;0,15] . De plus, nous
0,24 0,07 0,15
aurions à l'étape (car 0,24+0,07+0,15=0,46) soit
0,46 0,46 0,46.
environ [θ,52;0,15;0,33] . Bien entendu, d'autres méthodes de calcul sont envisageables. Notamment, chacune des nouvelles composantes de composition minéralogique peut être fonction d'une pluralité d'anciennes composantes de composition minéralogique ou de composantes d'agressivité afin de représenter finement les réactions chimiques sous jacentes.
En réaction à cette modification de la composition minéralogique de la maille, l'agressivité de la particule peut évoluer (étape 404 de la figure 5). En effet, si la particule a induit une forte dissolution de calcite, il est probable que son pouvoir de dissolution d'un tel minéral soit réduit de fait. Dans un mode de réalisation de la simulation, les nouvelles composantes de l'agressivité (après modification) de la particule peuvent être déterminées en multipliant l'ancienne composante d'agressivité par le complémentaire à 1 de l'ancienne composante minéralogique associé (i.e. correspondant au même minéral).
Dans le présent cas, nous aurions le résultat suivant [0,7 * (1 - 0,8);0,3 * (1 - 0,1);-0,5 * (1 - 0,1)] soit [θ,14;0,27;-0,45] . Bien entendu, d'autres méthodes de calcul sont envisageables. Notamment, une nouvelle composante d'agressivité peut être fonction d'une pluralité d'anciennes composantes d'agressivité ou de composantes de composition minéralogique locale afin de représenter finement les réactions chimiques sous jacentes.
En effet, si l'agressivité de la particule est fonction de sa composition « ionique » (ou, par abus de langage, de sa composition minéralogique), (par exemple, la concentration en acide, en Ca2+, ou encore en HCO3"), les mécanismes chimiques de précipitation ou de dissolution peuvent faire évoluer la composition minéralogique de la particule, et donc faire évoluer son agressivité. Par exemple, dans l'hypothèse où la particule 103 comporte dans sa composition minéralogique une forte concentration d'ions Ca2+ et que la maille M2i comporte dans sa composition minéralogique des ions HCO3" en suspension, une précipitation de carbonate de calcium peut survenir (situation courante dans les milieux aquatiques, notamment les milieux marins). Les ions étant précipités, la concentration d'ions Ca2+ de la particule diminue et la particule perd alors son « agressivité ». Il est à noter que dans ce dernier cas, l'agressivité de la particule ne dépend pas exclusivement de la particule mais également du milieu dans lequel se trouve la particule : la maille M21.
Ainsi, dans la figure 3b et à l'instant t-i+1 , la particule 103 se retrouve dans la maille M22- L'agressivité de la particule a(t-i+1 ) à cet instant a été modifiée entre les instant t-ι et t-i+1 en fonction des modifications apportées à la composition minéralogique CM21 de la maille M2i . La composition minéralogique des autres mailles (i.e. M22 et M23) n'est pas modifiée, aucune particule ne se trouvant au sein de ces mailles entre les temps de simulation ti et t-i+1 .
Enfin, dans la figure 3c et à l'instant t-i+2, une réitération des étapes précédemment présentées peut être effectuée. Ainsi, entre les temps t+1 et t+2, la particule 103 se déplace de la maille M22 à la maille M23. L'agressivité a(t-i+2) a été modifiée entre les instant t-i+1 et t-i+2 en fonction des modifications apportées à la composition minéralogique CM22 de la maille M22- La composition minéralogique des autres mailles (i.e. M21 et M23) n'est pas modifiée, aucune particule ne se trouvant au sein de ces mailles entre les temps de simulation t-i+1 et t-i+2.
Enfin, il est possible que l'utilisateur configure préalablement à la simulation un critère de fin permettant de mettre un terme à la simulation et donc éviter une réitération infinie des étapes précédemment présentées. Ce critère de fin peut être également implicite. A titre d'exemple, ce critère de fin peut être un temps de simulation maximal au-delà duquel la simulation doit s'arrêter. Ce critère peut être également la sortie de la particule au delà des limites du modèle, la particule n'appartenant plus à aucune maille, aucune modification de la composition minéralogique n'est alors plus possible. Si le critère de fin n'est pas validé (sortie KO du test 405), le procédé est réitéré. Si le critère de fin est validé (sortie OK du test 405), le paramètre de composition minéralogique du modèle est retourné(message 406) (par exemple, pour stockage sur disque dur via une interface de sortie et d'écriture ou pour présentation à un utilisateur sous forme graphique via une écran ou une console de visualisation).
Bien entendu, les figures 3a à 3c décrivent le déplacement d'une particule mais un traitement similaire peut être réalisé pour une pluralité de particules, par exemple 100.000 particules. Est représenté sur la figure 4 un exemple de dispositif de simulation 502. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 502 comporte un ordinateur, comprenant une mémoire 500 pour stocker le modèle géologique maillé, et des moyens de traitement, par exemple un processeur 501 pour effectuer les simulations et déterminer les modifications de composition minéralogique dudit modèle.
Par ailleurs, le schéma fonctionnel présenté sur la figure 5 est un exemple typique d'un programme dont certaines instructions peuvent être réalisées auprès de l'équipement de simulation. A ce titre, la figure 5 peut correspondre à l'organigramme de l'algorithme général d'un programme informatique au sens de l'invention.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples ; elle s'étend à d'autres variantes.
D'autres réalisations sont possibles.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé mis en œuvre par ordinateur de simulation de modifications de compositions minéralogiques d'un sol, comprenant :
/a/ recevoir un modèle géologique dudit sol, ce modèle comportant au moins un paramètre de composition minéralogique locale fonction de coordonnées locales dans ce modèle ;
/b/ simuler un déplacement stochastique d'une particule dans le modèle géologique, ladite particule ayant des coordonnées dans ledit modèle et comportant un paramètre d'agressivité,
Ici modifier le paramètre de composition minéralogique locale en prenant en compte au moins :
- les coordonnées de la particule dans ledit modèle,
- l'agressivité de la particule, et
- le paramètre de composition minéralogique locale ;
/d/ modifier l'agressivité de la particule en prenant en compte au moins la modification de la composition minéralogique locale de l'étape Ici ;
le/ sur validation d'un critère de fin fournir le paramètre de composition minéralogique locale, sinon réitérer les étapes Ibl, Ici, 161 et le/.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le paramètre de composition minéralogique local comporte une pluralité de composantes, chaque composante étant associée à une proportion d'un type de minéral dans une composition minéralogique, et dans lequel la modification du paramètre de composition minéralogique locale comporte des modifications desdites composantes, chaque composante étant modifiée dans une mesure différente.
3. Procédé de simulation selon la revendication 2, dans lequel la modification de la composition minéralogique est choisie parmi : dissolution, précipitation, changement de lithologie avec changement de porosité.
4. Procédé de simulation selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la modification de la composition minéralogique est paramétrée par un paramètre choisi parmi un/des minéral(aux) sujet(s) de la modification, une valeur maximale/minimale de porosité du modèle, une valeur maximale/minimale de diamètre de conduit, un index de réactivité pour chaque minéral, une transformation du faciès, un inhibiteur de la modification, une cinétique de la modification, un minéral à transformer, un minéral à créer, des minima et maxima d'un taux de changement de minéral.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel pour au moins une composante du paramètre de composition minéralogique local, la modification de la composante comprend une augmentation de la proportion associée à ladite composante.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel pour au moins une composante du paramètre de composition minéralogique local, la modification de la composante comprend une diminution de la proportion associée à ladite composante.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les étapes Ibl, Ici 161 et le/ sont réalisées pour une pluralité de particules.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, la particule comportant un paramètre de composition minéralogique, l'agressivité de la particule est fonction :
- du paramètre de composition minéralogique de la particule,
- du paramètre de composition minéralogique locale du modèle, et
- des coordonnées de la particule dans ledit modèle.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le paramètre d'agressivité comporte une pluralité de composantes, chaque composante de l'agressivité étant associée à une capacité de la particule à dissoudre ou à précipiter un type de minéral en présence d'une composition minéralogique.
10. Produit programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
1 1 . Dispositif de simulation de modifications de compositions minéralogiques d'un sol ledit dispositif étant conformé pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
12. Procédé de fabrication d'une installation d'extraction d'hydrocarbures comprenant la mise en œuvre d'un procédé de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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