Etude de la production et de la migration des hydrocarbures dans le bassin du Donets en Ukraine : Aspects économiques et Exploitation, Study of the generation and of the migration of hydrocarbons in the Donets Basin : Economic and Exploitation Aspects

Dani Al Saab

Description

Sous la direction de Luis Martinez
Thèse soutenue le 12 octobre 2007: Nancy 1
L’objectif de cette thèse est d’étudier la capacité des charbons humiques à générer des hydrocarbures.Un charbon humique d’âge crétacé, provenant du bassin de Sabinas (Mexique) et deux autres d’âge carbonifèreprovenant du bassin du Donets (Ukraine) ont été sélectionnés dans le cadre de cette étude. Ces échantillons ont été caractérisés puis pyrolysés en milieu confiné. Les résultats de cette pyrolyse révèlent que la classification macérale grossière d’un charbon en grandes familles (liptinite, vitrinite et inertinite), ne permet pas de définir correctement sa capacité à produire du bitume au cours de la maturation thermique. Les résultats de la modélisation 1D et 2D du système pétrolier dans le bassin du Donets confirment la bonne capacité des charbons du Donets à générer des hydrocarbures. La zone de génération maximale des hydrocarbures est obtenue dans la partie Sud-Est de la zone étudiée. Cependant, les phases de soulèvement et d’érosion des couvertures étanches au Permien supérieur et Crétacé supérieur ont causé une migration intense et une dismigration des hydrocarbures à la surface. Ainsi, de façon générale, l’absence d’occurrences commerciales d’huiles associées aux charbons humiques carbonifères semble plutôt due à l’histoire et à l’âge du bassin. Finalement, la modélisation prédit des accumulations de méthane au Nord-Ouest du bassin du Donets, une région pratiquement inexplorée, là où les couvertures étanches permiennes et mésozoïques sont présentes.Une relation linéaire simple entre la génération du méthane et le %Rr a été obtenue après les expériences de pyrolyse. Les conclusions déduites de l’utilisation de cette relation empirique dans le bassin de Donets sont comparables à celles issues de l’observation de terrain et de la modélisation numérique 2D de ce bassin. Il reste néanmoins à l’appliquer sur un plus grand nombre de bassins à charbons afin de la généraliser.
-Bassin du Donets (Ukraine)
The objective of this thesis is to study the capacity of two different humic coals to generate hydrocarbons.Two bituminous humic coals were selected for this study in objective to evaluate their petroleum potentiality, a Cretaceous coal from the basin of Sabinas, and two Carboniferous coals from the basin of Donets. Pyrolysis in confined system was used in this work. More oil, wet gas, solid bitumen and even methane were produced during the pyrolysis of Donets coals than its amount produced from Olmos coal.The obtained results of modeling study of the petroleum system in Donets Basin show that: coalification level increases towards the E & SE parts of studied area of Donbas, the major erosion phase occurred at late Permian time with maximum total erosion in the SE part, the main phase of hydrocarbon generation occurred during the Carboniferous and early Permian subsidence phase, three phases of oil expulsion from source rock in Donets Basin were predicted, the major quantity of trapped methane is located in the southern and northern parts of main anticline.Finally, in this work a simple experimental relation between the generation of methane and %Rr of coal was formalized and validated by using field data and the results of the modeling study in the basin.
Source: http://www.theses.fr/2007NAN10071/document

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Faculté des sciences et Techniques

U.F.R. Sciences et Techniques
Ecole doctorale RP2E
(Ressources, Produits, Procédés et Environnements)
 
Thèse
Présentée pour l’obtention du titre de

Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-I
(Spécialité : « Géosciences et Matières Premières »)

Par Dani AL SAAB



Etude de la production et de la migration des
hydrocarbures dans le bassin du Donets en Ukraine
(Aspects économiques et Exploitation)
Soutenance publique le 12 Octobre 2007

Membres du Jury:

Rapporteurs :
Pierre ALBRECHT Directeur de Recherche, U- Louis Pasteur, Strasbourg
Jean-Robert DISNAR Directeur de Recherche, CNRS, Orléans
Examinateur :
Isabel SUAREZ-RUIZ Directeur de Recherche, INCAR-CSIC, Espagne (présidante du
jury)
Reinhard SACHSENHOFER Professeur, Montanuniversität Leoben,Autriche
Directeurs de thèse:
Luis MARTINEZ Professeur, UHP., Nancy I, (Directeur de Thèse)
Alain IZART Maître de Conférences, U-Metz (Co-directeur de Thèse)
Marcel ELIE Ingénieur CNRS, UHP., Nancy I, (Co-directeur de Thèse)

Laboratoire de Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R)
Faculté des sciences & techniques – 54500 Vandoeuvre – lès – Nancy- France Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des ressources minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.
Résumé
L’objectif de cette thèse est d’étudier la capacité des charbons humiques à
générer des hydrocarbures.
Un charbon humique d’âge crétacé, Olmos (%R = 0,92), provenant du r
bassin de Sabinas (Mexique) et deux autres d’âge carbonifère, 2c10YD (%R = r
0,55) et 1l1Dim (%R = 0,65), provenant du bassin du Donets (Ukraine) ont r
été sélectionnés dans le cadre de cette étude. Ces échantillons ont été
caractérisés puis pyrolysés en milieu confiné. La maturité des deux charbons
augmente, atteignant le stade de l’anthracite (%R ~ 2,5 – 3), avec r
l’augmentation de la température de pyrolyse. Les résultats de ces expériences
révèlent que la classification macérale grossière d’un charbon en grandes
familles (liptinite, vitrinite et inertinite), ne permet pas de définir
correctement sa capacité à produire du bitume au cours de la maturation
thermique. Ainsi, on ne peut pas attribuer un potentiel pétroligène à un
charbon sur la seule base de son âge, de sa composition florale initiale et
encore moins de la présence de polymères naturels spécifiques.
La modélisation 1D et 2D du système pétrolier dans le bassin du Donets
nous a permis de reconstruire les histoires thermique et pétrolière de ce
bassin. Les résultats de la modélisation confirment la bonne capacité des
charbons du Donets à générer des hydrocarbures. La zone de génération
maximale des hydrocarbures (environ 130 mg CH /g COT et environ 55 mg 4
huile /g COT) est obtenue dans la partie Sud-Est de la zone étudiée (zone à
anthracite). Cependant, les phases de soulèvement (compression) et d’érosion
des couvertures étanches au Permien supérieur et Crétacé supérieur ont causé
une migration intense et une dismigration des hydrocarbures à la surface.
Ainsi, de façon générale, l’absence d’occurrences commerciales d’huiles
associées aux charbons humiques carbonifères semble plutôt due à l’histoire
et à l’âge du bassin. Finalement, la modélisation prédit des accumulations de
méthane au Nord-Ouest du bassin du Donets, une région pratiquement
inexplorée, là où les couvertures étanches permiennes et mésozoïques sont
présentes.
3Une relation linéaire simple entre la génération du méthane (en m /tonne
de charbon) et le %R a été obtenue après les expériences de pyrolyse en r
milieu confiné. Les conclusions déduites de l’utilisation de cette relation
empirique dans le bassin de Donets sont comparables à celles issues de
l’observation de terrain et de la modélisation numérique 2D de ce bassin. Il
reste néanmoins à l’appliquer sur un plus grand nombre de bassins à charbons
afin de la généraliser.
Mots clefs
Modélisation, Système Pétrolier, Charbon, Méthane, Bitume, Bassin du
Donets, Bassin de Sabinas. Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des ressources minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.
Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.






Avant-propos
3  Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.
4  Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.

Je tiens avant tout à remercier M. CATHELINEAU Michel qui m'a accueilli au sein
du laboratoire de Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques à
l’université Henri Poincaré-Nancy I.
Je suis très reconnaissant à mes directeurs de thèse, M. ELIE Marcel, M. IZART
Alain et M. MARTINEZ Luis qui m’ont guidé pendant ces années de thèse avec leurs
grandes expériences et leurs précieux conseils.
Je tiens à remercier M. DISNAR Jean-Robert et M. ALBRECHT Pierre d’avoir
accepté d’être rapporteurs de ce mémoire; je remercie également Mme. SUAREZ-
RUIZ Isabel et M. SACHSENHOFER Reinhard d’avoir accepté de participer à mon
jury de thèse.
J’exprime toute ma gratitude à M. PRIVALOV Vitaly et son équipe de travail à
l’université de Donetsk en Ukraine, pour tous les conseils, les données de terrain et le
support qu’ils m’ont fourni pendant ma thèse.
Très importante aura été l’aide apportée par tout le personnel du laboratoire de
G2r et surtout l’équipe de géochimie Organique … Frédéric, Laurent, Gillo, Alain,
Pauline, Cédric, Yann, Pierre et Aurélien. Un merci particulier à une grande personne
qui est mon ami et qui est avant tout mon chef … « Marcel » pour son aide et son
encouragement permanent.
Je tiens également à remercier Mme. SUAREZ-RUIZ Isabel directrice de l’équipe
de pétrographie à Instituto Nacional del Carbon (INCAR), CSIC, Oviedo, Espagne
pour m’avoir gentiment accueilli pendant un mois et pour son aide.
Je remercie chaleureusement ma voisine au bureau Daniel Bartier pour son grand
cœur, sa sympathie et son amitié. Et un merci particulier à LEONARD Christine &
CAMPADIEU Marie-Odile qui m’ont beaucoup aidé dans les démarches
administratives au cours de la thèse. Je remercie également tous les personnels
permanents et étudiants du G2R.
5  Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.
Je désire également saluer Fred LANNUZEL et sa chère famille qui m’ont
gentiment accueilli et qui m’ont fait travailler chez eux, c’est une expérience humaine
extrêmement enrichissante, je garderai de vous un excellent souvenir.

Et enfin un grand merci à l’âme de ma mère qui nous a quitté malheureusement
trop tôt, à mon père, à mes sœurs, à mes frères, à mes amis de Dier-EZ-Zor-Syrie (la
ville du Sable et de l’Euphrate) à ma deuxième famille en France (Moun et Ponou) et
surtout à ma femme Laure (Habibi), à tous ces grands cœurs je dédie ce mémoire.

6  Dani ALSAAB – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques (G2R) –UHP-Nancy I.





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