Basin Modeling in Complex Area: Examples from Eastern Venezuelan and Canadian Foothills

Modélisation de bassin en zones complexes : exemples des piémonts vénézuéliens et canadiens

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: frederic.schneider@ifp.fr

Abstract

Basin modeling aims at reconstructing the time evolution of a sedimentary basin in order to make quantitative predictions of geological phenomena leading to hydrocarbons accumulations. It accounts for porous medium compaction, heat transfer, hydrocarbon generation and fluid flow. Nevertheless, classical basin models handle simple geometry and are not usable in complex geometry area such as foothills. This is why, a numerical prototype Ceres, has been developed. This prototype is able to model three-phase flow in a 2D section of a basin, whose geometry changes through time accounting for deposition, compaction, erosion of the sediments, salt or mud creeping, and block displacement along faults. The classical flow chart to perform a case study is composed of three main steps. The first step is the building of the present day section. This is generally done with data coming from the seismic interpretation, wells, outcrops, and core data. At this stage, the section is generally balanced using software such as Locace. The second step is the restoration of the section. The section at present day is restored back in the past for each of the defined layer until the substratum is reached. In order to balance the section during time and to constrain the eroded parts of the section, we have to use a forward kinematic modeling tool such as Thrustpack. Thus, from a section restored with Locace before thrusting, the use of Thrustpack allows to construct intermediate sections during time, which are consistent from a kinematics point of view. The last step is the forward simulation. And, in order to solve the coupled equations that are generally used in basin models, we had to develop original numerical methods based on domain decomposition techniques. The previous methodology is the fruit of tests performed for an Alberta (Canada) transect and an eastern Venezuelan transect. When considering the origin of the fluids in the Oligocene sandstones of the El Furrial structure or in the Mississipian dolomite of the Canadian foothills, a general scenario of squeegee fluids is recognized. Before the flexuring and thrusting period, fluids are in equilibrium with the sediments. They are being continuously expelled toward the surface during the compaction related dewatering. Then, because of the tilting and thrusting with the deposition of synflexural sediments, an episode of squeegee fluid is created with flow along the stratification that can reach velocity of tens of kilometers per million of years. This squeegee episode stops when the thrusts of the considered area become active.

Résumé

L'objectif de la modélisation de bassin est de reconstruire l'histoire géologique d'un bassin sédimentaire et de ses systèmes pétroliers afin de pouvoir prédire l'existence d'accumulations. Les modèles de bassin prennent en compte la compaction, les transferts de chaleur, la génération des hydrocarbures et la circulation des fluides. Cependant, les modèles de bassin classiques ne sont pas utilisables dans les zones de piémont où la géométrie est complexe. C'est pour répondre à ce besoin que le prototype Ceres a été développé. Ce prototype est capable de simuler dans une section 2D des écoulements triphasiques pour un bassin dont la géométrie évolue au cours du temps sous l'effet de la sédimentation, de la compaction, des érosions, de la tectonique salifère et des déplacements des blocs le long des failles. Une étude est généralement constituée de trois étapes principales. La première consiste à construire la section à l'époque actuelle. Ceci est généralement effectué à partir de l'interprétation sismique, des données de puits, des observations d'affleurements et des analyses de carottes. Durant cette étape, la section est généralement équilibrée en utilisant un logiciel tel que Locace. La seconde étape consiste à la restauration de la section. La section à l'époque actuelle est restaurée progressivement dans le passé pour chacune des couches définies jusqu'à ce que le substratum soit atteint. Pour équilibrer les sections au cours du temps et pour contraindre les parties érodées, il est parfois nécessaire d'utiliser un logiciel cinématique direct comme Thrustpack. Ce prototype nous permet alors de construire des sections intermédiaires consistantes d'un point de vue cinématique. La troisième étape est consacrée aux simulations directes. Pour résoudre les équations utilisées dans les modèles de bassins, nous avons dû développer des méthodes numériques originales qui mettent en Suvre des techniques de décomposition de domaines. La méthodologie précédente est le fruit de tests effectués sur une coupe en Alberta (Canada) et une autre au Venezuela. Si l'on considère l'origine des fluides dans les grès d'âge Oligocène de la structure de El Furrial ou bien dans les dolomies d'âge Mississippien des piémonts canadiens, on reconnaît un épisode commun d'expulsion de fluides le long de la stratification. Avant la phase de flexure et de chevauchement, les fluides sont essentiellement expulsés vers la surface sous l'effet de la compaction. Ensuite, à cause de la flexure et des chevauchements, les fluides sont poussés le long de la stratification avec des vitesses qui atteignent plusieurs dizaines de kilomètres par million d'années. Cet épisode d'expulsion de fluide s'arrête à un endroit donné quand les failles deviennent actives en cet endroit.