Mineralogical and structural controls on permeability of deep naturally fractured crystalline reservoirs : insights from geothermal wells (Upper Rhine Graben)

par Carole Glaas

Thèse de doctorat en Géologie

Sous la direction de Jean-François Girard et de Patricia Patrier.

  • Titre traduit

    Contrôles minéralogiques et structuraux sur la perméabilité de réservoirs cristallins profonds naturellement fracturés : application aux puits géothermiques du fossé Rhénan supérieur


  • Résumé

    La compréhension de la distribution de la perméabilité dans le granite naturellement fracturé du fossé Rhénan supérieur est un défi clé pour les projets géothermiques. Les zones de faille et de fracture (FZ) qui contrôlent les circulations naturelles de fluides ont été étudiées à partir de données de puits géophysiques et géologiques des trois sites de géothermie de Soultz-sous-Forêts, Rittershoffen et Illkirch (France). Les fractures naturelles intersectées par les puits géothermiques ont été investiguées à partir d’imageries de paroi et de diagraphies géophysiques. L’analyse structurale du socle intégrée sur ces trois sites du fossé Rhénan supérieur montre l’existence de deux principaux ensembles conjugués de fractures sub-verticales orientées N-S à NNE-SSW. A partir de plusieurs milliers de cuttings, les altérations hydrothermales ont été analysées par des méthodes pétrographiques classiques ainsi qu’avec la méthode innovante de spectroscopie infra-rouge à courte longueur d’onde (SWIR). Les minéraux argileux secondaires liés aux circulations anciennes et actuelles dans les fractures correspondent à du matériel argillique de type illitique. La comparaison des ensembles de données sur les trois sites a permis de souligner que la distribution des altérations hydrothermales permet de préserver ou non la perméabilité dans les FZ. Pour atteindre des débits exploitables, la connexion entre les puits et le réseau de fractures perméables peut être maximisée par des trajectoires de puits recoupant les failles locales au toit du socle granitique de manière optimisée.


  • Résumé

    The understanding of permeability distribution in the naturally fractured granitic basement of the Upper Rhine Graben (URG) is a key challenge for geothermal projects. Fault and fracture zones (FZ) controlling the natural fluid flow were investigated from geophysical and geological well data from the three geothermal sites of Soultz-sous-Forêts, Rittershoffen and Illkirch (France). Natural fractures intersecting the geothermal wells were investigated based on borehole image logs, and geophysical logs. A detailed structural comparison in the basement of the three geothermal sites from the URG shows two main, conjugate, nearly vertical fracture sets oriented N-S to NNE-SSW. Based on several thousands of cutting samples, hydrothermal alterations were investigated with classical petrographic methods as well as innovative Short-Wave InfraRed (SWIR) spectroscopy. The secondary clay minerals most intimately associated to paleo or present fluid circulations in fractures correspond to argillic materials and mainly consist in illitic material. Dataset comparison highlighted that the distribution of hydrothermal alteration allows to preserve or not permeability in FZs. To achieve suitable flowrates, the connection between the wells and the permeable fracture network should be maximised by smart well trajectories cross-cutting local faults at the top basement. The application of SWIR method on basement rocks demonstrated that it could be a real innovative tool to be integrated in future deep geothermal exploration wells drilled in the URG.


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