Etude thermodynamique et expérimentale du cycle géochimique du soufre dans les bassins sédimentaires, A thermodynamic and experimental study of the geochemical cycle of sulfur in sedimentary basins

Rakhim Uteyev

Description

Sous la direction de Jacques Pironon, Talgat Yensepbayev
Thèse soutenue le 10 mars 2011: Nancy 1
Le soufre est présent dans les systèmes pétroliers à la fois sous forme organique et minérale. Il est impliqué dans de nombreuses réactions d'oxydoréduction qui affectent la qualité des huiles (par des réactions de sulfuration ou de désulfuration) et du gaz naturel (par la génération de H2S en contexte de réduction thermochimique des sulfates), ainsi que la porosité des roches réservoirs (par la dissolution de l'anhydrite ou la précipitation de soufre élémentaire ou de pyrobitume). Ces réactions sont gouvernées par la température (et dans une moindre mesure la pression), les conditions d'oxydoréduction et la composition chimique globale du système. La thèse comporte trois parties : (1) une étude thermodynamique des réactions chimiques impliquant le soufre dans les bassins sédimentaires ; (2) une étude expérimentale des réactions de sulfuration et de désulfuration des composés organiques ainsi que de la réduction thermochimique des sulfates; (3) une étude pétrographique et d'inclusions fluides sur des échantillons d'un réservoir carbonaté du bassin Pré-Caspien
-Sulfure d´hydrogène (H2S)
-Bassins sédimentaires
-Réduction thermochimique des sulfates (TSR)
-Soufre élémentaire
-Composés organiques soufrés
-Thermodynamique
-Expériences en autoclaves
-Inclusions fluides
Sulfur occurs in petroleum systems as both organic compounds and minerals as well as under different oxidation states. It is involved in a number of redox reactions which may impact the quality of crude oils (through sulfurization or desulfurization reactions) and natural gas (through the generation of H2S during thermochemical sulfate reduction), as well as the petrophysical properties of reservoir rocks (through the dissolution of anhydrite and the precipitation of elemental sulfur and pyrobitumen). These reactions are controlled by temperature (and to a lesser extent pressure), the redox conditions, and the overall chemical composition of the system representing the petroleum reservoir. The thesis consists of three parts: (1) a thermodynamic study of chemical reactions involving sulfur which occur in sedimentary basins; (2) an experimental simulation of sulfurization and desulfurization reactions of organic compounds, as well as of thermochemical sulfate reduction; and (3) a petrographic and fluid inclusion study of carbonate rock samples from a sulfur-rich hydrocarbon reservoir of the northern Caspian Sea
-Hydrogen sulfide (H2S)
-Sedimentary basins
-Thermochemical sulfate reduction (TSR)
-Elemental sulfur
-Organic sulfur compounds
-Thermodynamics
-Autoclave experiments
-Fluid inclusions
Source: http://www.theses.fr/2011NAN10018/document

Sujets

• Bassin sédimentaire
• Thermodynamique

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 245
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 13 Mo

Extrait

AVERTISSEMENT

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JSC “Center for International
Programs”

Université Henri Poincaré, Faculté des Sciences et Techniques, U.F.R. S.T.M.P.
Ecole doctorale RP2E : Ressources, Procédés, Produits et Environnement
UMR 7566 G2R : Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques


Thèse
présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré (Nancy)
en Géosciences
par
Rakhim UTEYEV

ÉTUDE THERMODYNAMIQUE ET EXPÉRIMENTALE DU
CYCLE GÉOCHIMIQUE DU SOUFRE DANS LES
BASSINS SÉDIMENTAIRES

A THERMODYNAMIC AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE
GEOCHEMICAL CYCLE OF SULFUR IN SEDIMENTARY BASINS

Date de soutenance : 10 mars 2011
Membres du Jury :
Rapporteurs : M. B. FRITZ Directeur de Recherche (CNRS), LHYGES, Strasbourg
M. B. KUANDYKOV Président, Meridian Petroleum, Almaty (Kazakhstan)
Examinateurs : M. L. MARTINEZ Professeur, Université Henri Poincaré, Nancy
M. M. KARIMOV Ingénieur, KMG, Astana (Kazakhstan)
Directeurs de thèse : M. J. PIRONON Directeur de Recherche (CNRS), G2R, Nancy
M. L. RICHARD Géochimiste, AMPHOS 21, Barcelone (Espagne)
M. T. YENSEPBAYEV Professeur, KazNTU, Almaty (Kazakhstan)
Invités : M. E. BROSSE Ingénieur de Recherche, IFP, Rueil-Malmaison
M. P. LAPOINTE Ingénieur, Total Exploration Inc., Houston (USA)
M. H. PETERS Géochimiste, Shell International B.V., La Haye (Pays-Bas)



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Remerciement
Je remercie très chaleureusement Monsieur Jacques Pironon, Directeur de recherche
CNRS et directeur de cette thèse, de m’avoir accepté, et de m’avoir donné sa confiance pour
la réalisation de ce travail. Ses connaissances professionnelles et son approche pédagogique
m’ont beaucoup aidé, je lui en suis vivement reconnaissant.
Je tiens à remercier très sincèrement Monsieur Laurent Richard, co-directeur de cette
thèse, de m’avoir formé au travail de chercheur. Son expérience professionnelle et ses
conseils m’ont beaucoup aidé et me seront précieux pour le futur. J’ai appris beaucoup de
choses en observant sa façon de travailler et ses approches.
Je tiens également à remercier Monsieur Bertrand Fritz et Monsieur Baltabek
Kuandykov, ainsi que les membres du jury, Monsieur Luis Martinez, Monsieur Marat
Karimov, les membres invités Monsieur Etienne Brosse, Monsieur Philippe Lapointe et
Monsieur Henning Peters d’avoir accepté de juger ce travail et de participer à ma soutenance.
Je pense bien sur aux forces vives du G2R. Je remercie beaucoup Monsieur Jean
Dubessy pour ses conseils toujours précieux, sa disponibilité et ses qualités humaines. Je
remercie Aurélien Randi pour son professionnalisme et sa bonne humeur quotidienne. Je
remercie Pierre Faure pour ses analyses géochimiques et sa sympathie, Cédric Carpentier pour
ses conseils en pétrographie des roches carbonatés, Cédric Demeurie pour sa rapidité à la
confection des lames. Je remercie également Monsieur Nguyen-Trung Chinh pour ses
conseils scientifiques et sa présence amicale. Je remercie aussi Marcel Elie pour son aide et
support précieux.
Je tiens également à remercier Monsieur Michel Cathelineau et à nouveau Monsieur
Jacques Pironon pour leur excellent management de G2R, ainsi que les autres personnes
indispensables du labo, Roland Mairet, Patrick Lagrange, Marie-Odile Campadieu, Laurence
Moine, Pierre Schuhmacher, Gilles Bessaque, Pascal Robert, Christine Léonard et notre chère
Zira.
I would like to, sincerely thank Mr. Kenzhebek Ibrashev and Mr. Marat Karimov for
their assistance and help in obtaining of the core samples, so needed for the thesis. I also
thank to Mrs. Zeinep Yesbulatova for her support and guidance. I would also express my
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gratitude to Mr. Bill Zempolich, and NCOC’s staff, in particular, Mr. Raul Huerta and Mr.
Philippe Lapointe.
This work was realised at G2R laboratory of Université Henri Poincaré. The financial
aid was followed by “Bolashak” scholarship, “Center for International Program” JSC. My
grateful thanks to Bolashak’s staff, in particular, Zhanbolat Meldeshov for his support. I am
also grateful to the French Embassy in Almaty for supporting me, in particular, Mrs. Lucile
Giriat. I also acknowledge Mr. Kanat Altybai who was the first person supporting me in my
scholarship guidance.
Mes remerciements vont également à mes collègues et chercheurs, Bernard
Lathuiliere, Jérôme Sterpenich, Judith Sausse, Régine Mosser-Ruck, Olivier Vanderhaughe,
Anne-Sylvie Andre, Cécile Fabre, Marc Lespinasse, Chantal Peiffert, Alexandre Tarantola,
Alain Izart, Christian Hibsch, Michel Cuney, Marie Camille Caumon, Marie-Christine
Boiron ; les anciens thésards et mes amis, Luc Siebenaller, Pauline Michel, Erwan Perfetti,
Christophe Rozsypal, Ambrose Kiprop, Olivier Belcourt, Olivier Cardon, Antonin Richard (sa
copine Julie), Stéphane Renard, Coralie Biache, Anne-Laure Henriot, Vincent Girard, Junying
Ding, Julien Mercadier, Shaahin Zaman, Aimeryc Schuhmacher, Olivia Bertand, Yueming
Lu, Van Phuc Nguyen, Marta Berkesi, Michael Franiatte, Apolline Lefort, Anthony Ong,
Lucille Neveux, Emmanuel Jobard, Stéphanie Fleurance, Isseini Moussa, Mathieu Leisen,
Philippe Lach, Thierry Ghislain, Thomas Blaise, Christophe Bonnetti, Wilfried Toe, Carolina
Sabater, Aleyda Traoré, Kollo Gildas, mes très chers colocs de bureau Olivier Pierron et
Emmanuel Laverret, célèbre portugais Jeremy Neto, et mon compatriote Askar Munara.
Et enfin un grand merci à mes parents, à mes frères et sœurs, et à tous mes amis au
Kazakhstan qui m’ont poussés et encouragés ces dernières années.





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Résumé
Le soufre est présent dans les systèmes pétroliers à la fois sous forme organique et minérale. Il
est impliqué dans de nombreuses réactions d'oxydoréduction qui affectent la qualité des huiles (par des
réactions de sulfuration ou de désulfuration) et du gaz naturel (par la génération de H S en contexte de 2
réduction thermochimique des sulfates), ainsi que la porosité des roches réservoirs (par la dissolution
de l'anhydrite ou la précipitation de soufre élémentaire ou de pyrobitume). Ces réactions sont
gouvernées par la température (et dans une moindre mesure la pression), les conditions
d'oxydoréduction et la composition chimique globale du système.
La thèse comporte trois parties : (1) une étude thermodynamique des réactions chimiques
impliquant le soufre dans les bassins sédimentaires ; (2) une étude expérimentale des réactions de
sulfuration et de désulfuration des composés organiques ainsi que de la réduction thermochimique des
sulfates; (3) une étude pétrographique et d’inclusions fluides sur des échantillons d’un réservoir
carbonaté du bassin Pré-Caspien.
Etude thermodynamique
Des calculs thermodynamiques ont été réalisés afin de caractériser les réactions chimiques qui
se produisent entre les minéraux, les eaux de formation, les hydrocarbures et les composés
organiques soufrés dans les réservoirs pétroliers riches en soufre, et ce en fonction des
conditions de température, de pression et d´oxydoréduction caractéristiques de ces réservoirs.
Des calculs ont également été réalisés dans le cadre du développement d´un modèle
thermodynamique quantitatif pour la réduction thermochimique des sulfates (TSR).
Des calculs thermodynamiques ont également suggéré la possibilité d´une désulfuration de
pétrole in situ et d´une précipitation de soufre élémentaire suite à des réactions entre H S et 2
des composés organiques soufrés dans le contexte de la réinjection de mélanges de gaz acides <