Delvaux de fenffe, D. 1988. ‘Etude géochimique de la matière organique sédimentaire par pyrolyse. Caractérisation des roches à kérogène et des bitumes par pyrolyse comparative et analyse cinétique. Application au secteur pétrolier du Bas Zaïre – Angola’. 260 p.

Rapport (non publié)

La pyrolyse est une technique d'analyse géochimique de la matière organique des roches sédimentaires. Une des méthodes de pyrolyse actuellement les plus utilisées en exploration pétrolière est la méthode Rock-Eva! (Espital1e & al., 1977). El le présente de nombreux avantages mais elle comporte néanmoins une série d'insuffisances qui en limitent la précision des résultats et l’étendue des domaines d'application. Nous avons cherché à développer la méthode Rocx--Eval dans le but de réduire ces insuffisances et de réaliser une exploitation maximale des données expérimentales. Les principaux apports de ce travail sont: (1) le développement d'une nouvelle méthode de pyrolyse comparative, (2) la aise au point d'une technique d'estimation quantitative de la production, expulsion et accumulation du pétrole dans les roches à kérogène et les roches réservoirs et (3) l'élaboration d'une méthode de caractérisation cinétique du kérogène et des résines + asphaltènes. La pyrolyse comparative permet l'analyse globale et complète de toutes les fractions de la matière organique des roches. Elle consiste à analyser deux fois chaque échantillon par pyrolyse Rock- Eval: La première fois, sur la roche brute et la seconde fois, sur la roche extraite au dichlorométhane ou au chloroforme. Une troisième courbe de pyrolyse est obtenue par différence entre les courbes de la roche extraite et de la roche brute. Cette nouvelle courbe représente l'ensemble de la fraction organique soluble (bitume). Elle est subdivisée en trois fractions: S1 (vaporisation des hydrocarbures légers en C25-) S1' (vaporisation des hydrocarbures lourds en C20+) et S2' (pyrolysat des résines + asphaltènes). La fraction S2 contient uniquement les produits de pyrolyse du kérogène. La fraction S1 a pratiquement la même composition que celle de la méthode Rock-Eval classique et la somme (S1'+S2'+S2) correspond à la fraction S2 de cette même méthode. La teneur totale en bitume est représentée dès lors par la somme (S1+S1’+S2'). La pyrolyse comparative permet ainsi une meilleure distinction entre le bitume et le kérogène dans les échantillons. Elle permet aussi d'obtenir une courbe de pyrolyse pour 1es résines + asphaltènes, qui sera fort utile pour 1eur caractérisation géochimique ultérieure. Les teneurs relatives des quatre classes de composes sont exprimées par de nouveaux indices de production. La quantification de la genèse du pétrole par le kérogène est effectuée en déterminant un Indice de Production Estimée (IPE), d'après les valeurs des paramètres S2, IH et Tmax en remontant aux valeurs initiales S2o et IHo dans un diagramme IH-Tmax. Cette méthode permet de calculer les quantités de pétrole produit, expulse ou accumule dans un échantillon de roche. En considérant 1'ensemble des échantillons appartenant à une même formation sédimentaire, il devient possible de caractériser quantitativement la migration primaire. Une série de Taux d'Expulsion, d'Accumulation, d'Immobilisation et de Transfert Interne sont calcules pour pouvoir établir une classification des formations de roches mères et des roches réservoirs sur des bases quantitatives. L 'étude cinétique de la pyrolyse a été entreprise pour une grande variété de roches mères et de roches réservoirs, à partir des courbes de pyrolyse du kérogène (S2) et des résines + asphaltènes (S2') obtenues par pyrolyse comparative. Les paramètres cinétiques sont calculés par la formulation de Freeman & Carroll (1958), en assumant une réaction globale avec une énergie d'activation unique et un ordre de réaction non nécessairement unitaire. La précision et la représentativité des résultats sont améliorées grâce à un traitement statistique des données cinétiques. Les résultats montrent que le mécanisme cinétique global de la pyrolyse du kérogène et des résines + asphaltènes dépend de leur composition et de leur structure chimique. Pour les kérogènes, les valeurs de 1'energie d'activation E et de l'ordre de réaction n dépendent du type et du degré d'évolution. Les valeurs de E sont comprises entre 20 et 80 Kcal/mole et celles de n, entre 0.5 et 3.5. Des diagrammes de référence sont établis à partir de ces données, pour la caractérisation du type et de l'état d'évolution du kérogène. Le même principe peut etre applique a 1'etude des résines + asphaltènes de bitumes provenant de roches mères en cours de production. 11 y a une bonne correspondance entre les paramètres cinétiques des kérogènes et des résines + asphaltènes. En établissant de nouveaux diagrammes de référence, il devient possible de différencier les résines + asphaltènes produits par des roches a kérogène de type I, II ou III. Leur niveau d'évolution est donne par la température de genèse maximale d'hydrocarbures pendant la pyrolyse. La combinaison de la pyrolyse comparative et de la caractérisation cinétique est un nouvel outil géochimique pour 1'etude du kérogène et des résines + asphaltènes, Ces méthodes présentent entre autres un grand intérêt pour l’étude du bitume des roches réservoirs car elles permettent de déterminer le type de kérogène dont sont issus les résines + asphaltènes. Des tentatives de simulation mathématique de la genèse du pétrole dans les sédiments ont également été réalisées à partir de différents modèles cinétiques. Toutes ces techniques ont été appliquées a 1'etude géochimique du secteur pétrolier du Bas Zaïre Angola, dans le bassin de marge continentale passive du Bas Congo - Gabon. On a pu ainsi préciser, entre autres, les caractéristiques des principaux horizons de roches mères et de roches réservoirs, tout en proposant l'origine la plus probable de l'huile contenue dans ces dernières.