Thèse doct.-ing. / Bibliogr., 7 p. Résumé en anglais.

Thèse doct.-ing. / Bibliogr. p. 113-115.

Th. doct.-ing.--Géologie et recherches minières--École des mines de Paris, 1985. / Bibliogr. p. 283-295. Résumés en français et en anglais.

L’évaluation des formations géologiques consiste en l’analyse et la synthèse de données de différentes sources, de différentes échelles (microscopique à kilométrique) et acquises à des dates très variables. Le processus conventionnel de caractérisation des formations relève alors de l’interprétation physique spécialisée de chacune de ces sources de données et leur mise en cohérence par des processus de synthèse essentiellement d’ordre statistique (corrélation, apprentissage, up-scaling…). Il s’avère cependant qu’une source de données présente un caractère central : les diagraphies. Ces mesures physiques de différentes natures (nucléaires, acoustiques, électromagnétiques…) sont réalisées le long de la paroi d’un puits à l’aide de différentes sondes. Elles sont sensibles aux propriétés in situ des roches, et ce, sur une gamme d’échelle centimétrique à métrique intermédiaire aux carottes et données de test de production. De par leur profondeur d’investigation, les données diagraphiques sont particulièrement sensibles au phénomène d’invasion de boue se produisant lors du forage dans l’abord puits. Traditionnellement, l’invasion est modélisée de façon frustre au moment de l’interprétation diagraphiques par un simple effet piston. Ce modèle simple permet d’honorer le bilan de volume mais ne prend aucunement en compte la physique réelle d’invasion et prive, de fait, les diagraphies de toute portée dynamique. Des essais de modélisation de l’historique d’invasion couplés aux données diagraphiques ont déjà été élaborés par différents laboratoires et une abondante littérature sur le sujet est disponible. Les limitations majeures de ces approches résident dans le caractère sous déterminé des problèmes inverses issus de ces modèles physiques et dans le fait que la donnée diagraphique est réalisée en général sur un intervalle de temps inadaptée au regard du développement de l’invasion. Nous proposons une approche différente qui s’attèle non pas à décrire la physique de l’écoulement mais celle de l’équilibre radial des fluides dans le domaine envahi lorsque les diagraphies sont acquises. Nous montrons qu’en introduisant quelques contraintes pétrophysiques supplémentaires, il est possible d’inverser efficacement la distribution des propriétés dynamiques pour chaque faciès géologique. L’inversion prend en compte le phénomène d’invasion radial dans la zone à eau ainsi que l’équilibre capillaire vertical caractérisant le profil de saturation dans le réservoir pour chaque facies. A chaque profondeur du puits, sont ainsi obtenues perméabilités, pressions capillaires et facteurs de cimentation avec leurs incertitudes ainsi que les lois pétrophysiques propres à chaque faciès. Cette méthode a été appliquée à deux puits réels. En guise de validation, les résultats d’inversion ont été comparés aux mesures laboratoire faites sur carotte. De plus, les perméabilités inversées ont été comparées aux transitoires de pression de mini-tests. La cohérence des résultats montre que, d’une part, les hypothèses de base du modèle sont validées et que, d’autre part, l’approche fournit une estimation fiable de grandeurs dynamiques à toute échelle pour chaque faciès réservoir, et ce, dès l’acquisition des données diagraphiques. L’approche d’inversion proposée a permis de lever une limitation majeure des précédentes tentatives de prédiction des propriétés dynamiques par les diagraphies en reconsidérant la problématique non pas sous l’angle d’une modélisation phénoménologique exacte mais en l’abordant de manière globale à l’échelle d’une chaîne d’étude complète. Cette approche permet de fait une mise en cohérence très précoce des données, d’identifier les faciès d’intérêt et de qualifier les besoins véritables en données. Cet outil s’avère très puissant pour qualifier et caractériser les hétérogénéités pétrophysiques des formations et aider ainsi à résoudre le problème de mise à l’échelle des grandeurs dynamiques

L’évaluation des formations géologiques consiste en l’analyse et la synthèse de données de différentes sources, de différentes échelles (microscopique à kilométrique) et acquises à des dates très variables. Le processus conventionnel de caractérisation des formations relève alors de l’interprétation physique spécialisée de chacune de ces sources de données et leur mise en cohérence par des processus de synthèse essentiellement d’ordre statistique (corrélation, apprentissage, up-scaling…). Il s’avère cependant qu’une source de données présente un caractère central : les diagraphies. Ces mesures physiques de différentes natures (nucléaires, acoustiques, électromagnétiques…) sont réalisées le long de la paroi d’un puits à l’aide de différentes sondes. Elles sont sensibles aux propriétés in situ des roches, et ce, sur une gamme d’échelle centimétrique à métrique intermédiaire aux carottes et données de test de production. De par leur profondeur d’investigation, les données diagraphiques sont particulièrement sensibles au phénomène d’invasion de boue se produisant lors du forage dans l’abord puits. Traditionnellement, l’invasion est modélisée de façon frustre au moment de l’interprétation diagraphiques par un simple effet piston. Ce modèle simple permet d’honorer le bilan de volume mais ne prend aucunement en compte la physique réelle d’invasion et prive, de fait, les diagraphies de toute portée dynamique. Des essais de modélisation de l’historique d’invasion couplés aux données diagraphiques ont déjà été élaborés par différents laboratoires et une abondante littérature sur le sujet est disponible. Les limitations majeures de ces approches résident dans le caractère sous déterminé des problèmes inverses issus de ces modèles physiques et dans le fait que la donnée diagraphique est réalisée en général sur un intervalle de temps inadaptée au regard du développement de l’invasion. Nous proposons une approche différente qui s’attèle non pas à décrire la physique de l’écoulement mais celle de l’équilibre radial des fluides dans le domaine envahi lorsque les diagraphies sont acquises. Nous montrons qu’en introduisant quelques contraintes pétrophysiques supplémentaires, il est possible d’inverser efficacement la distribution des propriétés dynamiques pour chaque faciès géologique. L’inversion prend en compte le phénomène d’invasion radial dans la zone à eau ainsi que l’équilibre capillaire vertical caractérisant le profil de saturation dans le réservoir pour chaque facies. A chaque profondeur du puits, sont ainsi obtenues perméabilités, pressions capillaires et facteurs de cimentation avec leurs incertitudes ainsi que les lois pétrophysiques propres à chaque faciès. Cette méthode a été appliquée à deux puits réels. En guise de validation, les résultats d’inversion ont été comparés aux mesures laboratoire faites sur carotte. De plus, les perméabilités inversées ont été comparées aux transitoires de pression de mini-tests. La cohérence des résultats montre que, d’une part, les hypothèses de base du modèle sont validées et que, d’autre part, l’approche fournit une estimation fiable de grandeurs dynamiques à toute échelle pour chaque faciès réservoir, et ce, dès l’acquisition des données diagraphiques. L’approche d’inversion proposée a permis de lever une limitation majeure des précédentes tentatives de prédiction des propriétés dynamiques par les diagraphies en reconsidérant la problématique non pas sous l’angle d’une modélisation phénoménologique exacte mais en l’abordant de manière globale à l’échelle d’une chaîne d’étude complète. Cette approche permet de fait une mise en cohérence très précoce des données, d’identifier les faciès d’intérêt et de qualifier les besoins véritables en données. Cet outil s’avère très puissant pour qualifier et caractériser les hétérogénéités pétrophysiques des formations et aider ainsi à résoudre le problème de mise à l’échelle des grandeurs dynamiques / The current geological formation evaluation process is built on a workflow using data from differentsources, different scales (microscopic to kilometric) and acquired at different times. Theconventional process of formation evaluation belongs to the dedicated study of each of thesesource of data and their reconciliation through a synthesis step, often based on statisticalconsideration (correlation, learning, up-scaling …). It turns out that there exists a source of datawhich is of considerable importance: logs. These physical measurements of different nature(nuclear, acoustic, electro-magnetic…) are acquired all across the well thanks to multiple probes.They are sensitive to the in situ properties of the rock on an intermediate scale between core dataand well tests (from centimeters to several meters). Because of their depth of investigation, logsare particularly sensitive to the mud filtrate invasion, a phenomenon which occurs during thedrilling in the near well-bore environment. The invasion is conventionally modeled in a rough waywith a piston effect hypothesis. This simple model allows to ensure the volume balance but doesnot take into account the physical processes of the invasion and thus prevent any estimation ofdynamic properties from log interpretation. Several attempts of simulating the complete history ofinvasion have been made by different laboratories in the past, and a rich literature is available onthis topic. The major pitfalls of these approaches come from the under-determination of theinverse problems derived from such models. Furthermore, logs are generally made in a time lapsewhich does not allow to fully characterize the process of invasion. We propose a differentapproach which does not fully describe the physics of the invasion but considers that a radialequilibrium has been reached between the fluids in the invaded zone when logs are acquired. Weshow that it is possible to efficiently invert the distribution of dynamical properties for eachgeological facies by adding some petrophysical constraints. The inversion takes into account thephenomenon of radial invasion in the water zone and the vertical capillary equilibrium describingthe water saturation profile in the reservoir for each facies. At each depth, permeabilities, capillarypressures and cementation factors are thus obtained, along with their uncertainties and thepetrophysical laws specific to each facies. This method has been applied to two wells. Weobtained good results when comparing inverted parameters to the measurements made on coresamples in laboratory. Furthermore, inverted permeabilities have also been compared topermeabilities derived from mini-tests. The consistency of the results shows that, on the one hand,the hypothesis behind our model are valid and, on the other hand, this approach can provide areliable estimation of dynamical parameters at different scales for each reservoir facies as soon asthe logs are acquired. The proposed approach allows to overcome a major limitation of theprevious attempts of the dynamical properties estimation from log interpretation. It allows areconciliation of different data and a facies recognition at an early stage of interpretation, and canindicate the real contribution of each source of data. The technique can even help in identifying theformation heterogeneities and for the petrophysical upscaling.

Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plateforme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. Le récif prograde dans la direction NE-SO, en partant de l'Aquitanien pour aboutir au Messinien. La Crise de Salinité Messinienne entraîne une disparition des coraux méditerranéens et se traduit par un Complexe Carbonaté Terminal qui s'étend sur une grande partie des coraux autrefois vivants de Majorque. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Des couches de minéralisation accompagnées de dolomitisation et de faible porosité correspondent à différents niveaux eustatiques post-dépositionnels. Les causes de l'existence et de l'orientation des fractures sont étudiées. La relation de perméabilité à porosité est précisée. La structure de porosité est étudiée par comparaison entre la porosité primaire et la porosité secondaire. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures.

Th. doct.--Géosci. et matières premières--Nancy--Inst. natl. polytech. de Lorraine, 1998. / Bibliogr. p. 297-303. Résumé en français et en anglais. 1998 d'après la déclaration de dépôt légal.

Au Nunavik, Québec, suite à la déglaciation et aux transgressions marines le long des côtes des Baies d’Hudson et d’Ungava, des sédiments fins gélifs se sont déposés dans ces secteurs côtiers. Lors de l’émersion postglaciaire suivant le relèvement isostatique, ces dépôts marins ont été mis en contact avec l’air froid et un pergélisol riche en glace s’est formé. Les infrastructures des communautés Inuites qui se trouvent aussi le long des côtes du Nunavik peuvent donc être construites sur un pergélisol riche en glace et leurs infrastructures sont peut-être vulnérables à la dégradation du pergélisol. Cette vulnérabilité peut affecter le développement durable de ces communautés au niveau de la performance, des coûts d’entretien et de la pérennité de leurs infrastructures nordiques. Afin de répondre aux besoins en ingénierie nordique d’investigation efficace des environnements pergélisolés pour soit éviter les zones vulnérables à la dégradation du pergélisol ou soit concevoir des méthodes de mitigation de cette dégradation, des objectifs ont été fixés dans le cadre de ce projet de recherche au doctorat: 1) de déterminer un modèle géocryologique conceptuel d’une butte de pergélisol riche en glace en zone de pergélisol discontinu au Nunavik à partir de l’interprétation d’une série de cinq essais de pénétration au cône réalisés dans cette butte, 2) en tenant compte de ce modèle conceptuel et à l’aide de la modélisation directe en géophysique, de développer une approche géophysique originale basée sur différentes méthodes géo-électriques pour l’auscultation du pergélisol, 3) de tester cette approche géophysique sur la butte de pergélisol riche en glace précédente, et 4) de développer des connaissances sur la géocryologie des buttes de pergélisol au Nunavik. Le site d’études est localisé dans une vallée profonde près de la communauté Inuite d’Umiujaq sur la côte est de la Baie d’Hudson. Des environnements pergélisolés caractéristiques du Nunavik dont notamment des buttes de pergélisol riche en glace sont facilement accessibles à partir de cette communauté. La méthodologie de recherche comprend l’utilisation de la modélisation directe à partir d’un modèle géocryologique de la butte de pergélisol étudiée pour concevoir l’investigation géophysique par tomographies de polarisation provoquée et diagraphies de résistivité électrique. Des tomographies bidimensionnelles et tridimensionnelles de polarisation provoquée ainsi que des diagraphies de résistivité électrique ont ensuite été réalisées pour caractériser le pergélisol du site d’étude. L’inversion et l’interprétation de ces levés géo-électriques ont permis de définir des modèles unidimensionnels, bidimensionnels et voire même tridimensionnels de résistivité et de chargeabilité électrique du site d’étude. Le modèle géocryologique initial de la butte de pergélisol étudiée a été amélioré en tenant compte des résultats de l’investigation géo-électrique. Le coeur riche en glace de la butte de pergélisol a été délimité avec précision à l’aide de cette approche d’investigation géo-électrique. En conclusion, l’approche d’investigation géo-électrique développée dans le cadre de ce projet de recherche au doctorat pour l’auscultation bidimensionnelle et tridimensionnelle du pergélisol peut être utilisée pour identifier des zones vulnérables à la dégradation du pergélisol avant la construction d’infrastructures nordiques ou au droit de telles infrastructures déjà construites pour évaluer leur vulnérabilité. / In Nunavik (Québec), frost-susceptible marine sediments were deposited along the coasts of Hudson Bay and Ungava Bay after their deglaciation and during the subsequent marine transgression. Following the postglacial emersion due to the isostatic uplift, the marine deposits came in contact with the cold air and ice-rich permafrost formed in these deposits. Therefore, the Inuit communities located along the coasts of Nunavik may be built on ice-rich permafrost and their infrastructures may be vulnerable to permafrost degradation. This vulnerability may impact the sustainable development of these communities affecting the performance, maintenance costs and service life of their infrastructures. In answer to the needs of efficient permafrost investigation in cold regions engineering to avoid zones vulnerable or use mitigation method to permafrost degradation, the main goals of this doctoral research project are: 1) to assess a conceptual geocryological model of an ice-rich permafrost mound in the discontinuous permafrost zone in Nunavik from the interpretation of five cone penetration tests carried out in the mound, 2) taking into account the previous model and using the forward modelling approach in geophysics, to develop an innovative geophysical approach based on different geo-electrical methods for permafrost investigation, 3) to test this geophysical approach for the characterization of the previous ice-rich permafrost mound, and 4) to contribute to knowledge development on the geocryology of permafrost mounds in Nunavik. The study site is located in a deep valley near the Inuit community of Umiujaq along the east coast of Hudson Bay. Permafrost environments characteristic of Nunavik such as ice-rich permafrost mounds are found in this valley which is accessible from this community. The research methodology consists in using the forward modelling approach in geophysics taking into account the conceptual geocryological model of the studied ice-rich permafrost mound to design the geophysical investigation based of induced polarization tomography and electrical resistivity logging. Two-dimensional and three-dimensional induced polarization tomography and electrical resistivity logging were then performed of the study site. Unidimensional, two-dimensional and three-dimensional models of electrical resistivity and chargeability of the study site were found from the inversion of these geo-electrical surveys. The conceptual geocryological model was then improved by interpretating these geo-electrical models. The ice-rich core of the permafrost mound was accurately delineated using this geophysical approach. In conclusion, the geo-electrical investigation approach developed herein for the two-dimensional and three-dimensional characterization of ice-rich permafrost environments can be used to delineate zones vulnerable to permafrost degradation before the construction of northern infrastructures or along existing infrastructures to assess their vulnerability.

Dans le cadre du projet de cartographie hydrogéologique des aquifères fracturés des basses-terres du St-Laurent du sud-ouest du Québec (AFSOQ), la caractérisation in situ des milieux fracturés a été effectuée à l'aide de diagraphies géophysiques. L'analyse et l'interprétation de ces diagraphies géophysiques ont permis de lever les indéterminations lithologiques qui existaient dans les puits non échantillonnés. Les contacts lithoiogiques ont bien été identifiés entre les formations de compositions minéralogiques différentes. En outre, des corrélations lithologiques entre les puits à l'échelle régionale basées sur les mesures du rayonnement gamma naturel et de la résistivité électrique ont été possibles. Les discontinuités telles les fractures qui ont été identifiées dans les puits à l'aide des outils diagraphiques d'imagerie acoustique et optique peuvent l'être également à l'aide de la combinaison des diagraphies conventionnelles et acoustiques. Les familles de fractures identifiées et caractérisées dans les puits et celles décrites directement en surface sont semblables malgré des méthodes d'auscultation différentes. Les diagraphies géophysiques ont aussi permis de mettre en évidence les fractures perméables dans la plupart des puits sondés, Ces outils de caractérisation in situ des milieux fracturés devraient être davantage utilisés lors des études hydrogéologiques. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019