Influence de la température

II.4.3.1. Comportement en température des réservoirs à bruts lourds

Les travaux expérimentaux réalisés par Mraz et al. (1982), Tosaya et al. (1987) ont été les premiers à se focaliser sur l’impact de la température sur les vitesses dans les sables bitumineux. Aux fréquences ultrasoniques (de 0,65 à 1,7 MHz), Tosaya et al. (1987) ont montré une baisse de 70 % de la vitesse de compression dans un échantillon de sable bitumineux venant d'Athabasca, lorsque la température passe de 25 à 200°C. Cela a permis de suggérer que des anomalies de température dans les réservoirs peuvent être identifiées par les méthodes sismiques. Suite à cette considération, les vitesses de propagation des ondes dans les roches réservoirs en fonction de la température ont fait l’objet de plusieurs études (Wang et al., 1990b; Wang et Nur, 1988; 1990; Eastwood, 1993; Batzle et al., 2006a; Mochinaga et al., 2006; Han et Batzle, 2007; Kato et al., 2008; Wolf, 2010; Bauer et al., 2011).

La Figure II-22 donne un exemple de l'influence de la température sur la vitesse des ondes P dans des grès saturés d'eau ou d'huile (Tosaya et al., 1987). Dans le cas de saturation en eau, la vitesse est indépendante de la température aux erreurs de mesures près. On observe en revanche une décroissance de la vitesse dans des grès saturés d'huile. Cette observation expérimentale est attribuée à l'impact de la viscosité de l'huile. En fait, les études bibliographiques sur les variations de vitesse en fonction de la température dans les roches en viennent systématiquement à étudier les variations de vitesse avec la viscosité du fluide. Dans le cas présenté, la viscosité de l'eau ne varie quasiment pas dans l'intervalle considéré. Cependant, augmenter la température équivaut à diminuer la viscosité de l'huile et diminuer ainsi la rigidité du matériau et donc sa vitesse. Plus la saturation en fluide visqueux est élevée, plus l'effet de viscosité est important.

Figure II-22. Influence de la température (et donc de la viscosité du fluide saturant) sur la vitesse P de grès saturés d'eau ou d'huile (mesures ultrasoniques) (Tosaya et al., 1987).

Le lien entre l'atténuation et la viscosité peut être très complexe. L'existence d'un ou de plusieurs pics d'atténuation semble clairement prouvé par les résultats de Nur et Simmons (1969), Nur et al. (1984), VoThanh (1990). La Figure II-23 présente les atténuations normalisées (par l'atténuation de l'échantillon sec) d'un granite de Barre (très faible porosité, ici 0,6 %) en fonction de la viscosité du fluide saturant.

Figure II-23. Influence de la viscosité du glycérol sur l'atténuation (mesures ultrasoniques) (Bourbié et al., 1987, modifié de Nur et Simmons, 1969).

Des exemples de variations des vitesses de propagation des ondes dans les sables bitumineux avec la température sont présentés sur la Figure II-24 (Kato et al., 2008). Les vitesses Vp et Vs sont fortement dépendantes de la température, avec une réduction d'environ 30 % pour les ondes P et 58 % pour les ondes S entre 10°C et 140°C. Les résultats suggèrent également un changement autour de 30°C avec une diminution très modérée des vitesses de compression et une quasi stabilité des vitesses de cisaillement à plus hautes températures. Cette inflexion plus ou moins marquée des courbes a été observée par plusieurs auteurs, mais pour des températures généralement plus élevées (autour 60°C pour Han et Batzle (2007) par exemple). Elle est dans la plupart des cas attribuée à la transition du comportement du bitume, mais cette transition est probablement progressive et il est bien difficile de donner un seuil.

Figure II-24. Sable bitumineux: vitesses Vp et Vs en fonction de la température (à 1,38 MPa en contrainte effective) (Kato et al., 2008).

Quant à l'atténuation, les résultats de modélisation de Hedlin et al. (2002) montrent une diminution d'environ 15 % du facteur de qualité Qp dans le sable bitumineux (Saskatchewan,

Canada) avec l'injection de la vapeur sans préciser la température. On remarque que les auteurs ont utilisé des données VSP (zero offset VSP) d'autour de centaine de Hz comme paramètres d'entrée du modèle.

En conclusion, avec la présence de fluide visqueux, voire très visqueux, les vitesses des ondes dans les roches réservoirs diminuent significativement avec l’élévation de la température. L'influence de la température sur la propagation des ondes au sein du squelette rocheux, comme l’ont montré Spencer (1981), Wang et Nur (1990) et Eastwood (1993), est très faible et négligeable comparée à celle de la phase fluide. A titre d'exemple, la vitesse dans le quartz ne diminue que de 0,4 % quand la température varie de 100°C. Les vitesses des roches saturées avec des fluides conventionnels (i.e. non visqueux) varient peu avec la température.

Les études sur l'atténuation des sables bitumineux sont extrêmement rares. Un changement significatif de cette dernière avec l'injection de la vapeur est probable (Ortiz-Osornio et Schmitt, 2008; Das et Batzle, 2010).

II.4.3.2. Comportement en température des bruts lourds

Afin de mieux comprendre l’effet de la température sur les sables à brut lourd, le comportement des bruts lourds eux-mêmes en température a été largement étudié. En fonction de la température, les bruts lourds peuvent être en phase solide élastique, quasi solide ou en

phase liquide. Par conséquent, les vitesses de propagation des ondes vont dépendre de ces divers états physiques (Han et al., 2006; Han et al., 2008a).

• phase solide élastique

Cette phase solide élastique est limitée aux températures situées au dessous du point de congélation. La vitesse des ondes diminue de façon linéaire avec l'augmentation de la température. Cette variation est indépendante de la fréquence.

• phase liquide

Lorsque la température est très élevée, les bruts lourds se comportent comme des liquides avec des caractéristiques Newtoniennes (Han et al., 2006; Behura et al., 2007). Il n'y a pas a proprement parler de seuil, la transition étant progressive. Pour les bitumes Canadiens, on peut estimer que la phase liquide est au delà de 80°C. La vitesse de compression Vp des bruts décroît alors légèrement et linéairement avec la température. L'influence de la fréquence sur les propriétés élastiques est très faible, elle disparaît lorsque les bruts sont complètement liquides (Han et al., 2007a; Han et Batzle, 2007). En revanche les vitesses de cisaillement Vs ne se propagent pas dans les fluides à cause de l’absence de module de cisaillement.

• phase quasi-solide

Cette phase quasi-solide (phase transitoire) représente en général l’état in situ du bitume Canadien, dans une plage de température entre le point de congélation et le point de totale "liquidité". Cette phase est caractérisée par une diminution progressive non linéaire de la vitesse des ondes avec l’élévation de la température. La vitesse dépend de la fréquence.