Sedimentary and diagenetic controls on petrophysical properties of sandstone reservoirs of gas in the basins of Sbaa, Algeria, and Palmyrides-Sud, Syria

Les propriétés pétrophysiques des réservoirs silicoclastiques sont influencées par de nombreux facteurs sédimentaires et diagénétiques. Les principaux phénomènes diagénétiques affectant les réservoirs sont généralement la cimentation de quartz et les compactions mécanique et chimique. Des réservoirs gréseux ayant des contextes géologiques différents ont été considérés dans cette étude ; les réservoirs carbonifères d’origine deltaïque-marine du bassin des Palmyrides-Sud en Syrie et les réservoirs cambro-ordoviciens du bassin de Sbaa en Algérie. Cette thèse consiste à établir l’histoire diagénétique, déterminer les contrôles sédimentaires et structuraux influençant l’évolution des phénomènes diagénétiques, caractériser l’habitus des cristaux authigènes de quartz formés autour les grains détritiques et aussi mettre en relation les différentes contrôles sédimentaires et diagénétiques sur les caractéristiques des pores et ainsi que sur la variation de la perméabilité. L’histoire diagénétique entre le réservoir du bassin de Sbaa se caractérise par une forte cimentation de quartz composée de trois phases Q1, Q2 /et Q3, par tapissage illitique et ainsi par une importante compaction chimique liée à certains faciès glaciaires et également une cimentation d’argiles principalement en illite mais surtout dans les champs d’Oued Zine et de Bou Hadid. A l’exception du champ de Hassi Ilatou, où une faible cimentation de quartz composée de Q1 a eu lieu. Alors que la diagenèse des réservoirs gréseux du bassin des Palmyrides-Sud est représentée par une faible cimentation de quartz composée d’une seule phase Q1, une absence de compaction chimique, ainsi qu’une cimentation d’argiles dominée par la chlorite et les kaolins. Les analyses microthermométriques des inclusions fluides dans les surcroissances de quartz mettent en évidence une silicification se déroulant principalement entre 100 et 160°C dans les deux bassins. D’après la reconstitution de l’histoire thermique de bassin, cet intervalle de température a été atteint entre le Viséen et la fin du Namurien dans le bassin de Sbaa et au Crétacé supérieur-Paléocène dans le bassin des Palmyrides-Sud. Les analyses isotopiques indiquent une eau originelle météorique et marine, progressivement réchauffée lors de l’enfouissement, et s’enrichissant au fur et à mesure en ¹⁸O dans les pores intergranulaires et des fluides évolués et chauds à l’origine des filonnets. L’habitus des cristaux authigènes de quartz et la forme de croissance montrent une relation avec les phases de ciment de quartz, son taux et la présence/absence de gaz. En effet, des cristaux à prisme court, tronqués par des facettes additionnelles, et des cristaux trapus caractérisent les grès cimentés par une seule phase de quartz authigène, et une fréquence importante des cristaux de quartz à multiples nucléas est constatée dans ces grès. Des cristaux à prisme développé et rarement des cristaux à prisme court caractérisent les grès contenant deux phases du ciment de quartz. Des cristaux peu développés et limités à quelques faces sont présents dans les grès cimentés par trois phases du ciment de quartz dans la paléozone à eau du réservoir dans le champ ODZ. Une forme de croissance en escalier est présente uniquement dans ces derniers grès. La présence des inclusions à hydrocarbures dans les surcroissances de quartz dans la partie supérieure du réservoir ordovicien du champ de Oued Zine indique que la mise en place des hydrocarbures dans le réservoir a été contemporaine à la cimentation de quartz à des températures 100-140°C en raison de la paléostructure anticlinale dans ce champ. Un deuxième épisode a eu lieu suite à la fracturation hercynienne à des températures comprises entre 117-185°C qui augmente vers le nord-ouest du bassin. La composition du gaz dans les inclusions monophasées (92 ± 5 mole %) est comparable à la composition actuelle du gaz dans le réservoir.Petrophysic properties of siliciclastic reservoirs are influenced by many sedimentary and diagenetic factors. The main diagenetic processes affecting the reservoir quality are quartz cementation and mechanical and chemical compaction. The cementing of quartz plays a role in reducing the porosity as it precipitates occupying intergranular porosity. However, its influence on the evolution of permeability is not well known because the morphology of authigenic quartz crystals and controls responsible for this morphology remain poorly understood. Sandstone reservoirs with different geological settings were considered in this study; Carboniferous reservoirs of deltaic-marine Palmyrides South Basin (fields: Arak, Debayate South, and Sukhneh) in Syria and the Cambro-Ordovician reservoirs Sbaa Basin (fields : Hassi Ilatou , Hassi Ilatou NE, Bou Hadid, Oued Zine, and Bou Hadid W) in Algeria. They have widely varying porosities both laterally and vertically and permeabilities. Thus, this thesis is to establish the diagenetic history, determine the sedimentary and structural controls influencing the evolution of diagenesis, characterize crystallographic habits of authigenic quartz formed around the detrital grains and to relate the different sedimentary controls and diagenetic on pore characteristics and as well as the variation of the permeability. In the Sbaa Basin, the presence of inclusions hydrocarbons allowed to reconstruct the history of gas migration. The diagenetic history of the Sbaa Basin is characterized by strong cementing quartz composed of three phases Q1, Q2 / Q3, illite coatings, significant chemical compaction, and also by illite cements, especially in the fields of Oued Zine and Bou Hadid. However, Hassi Ilatou field shows low quartz cementation (Q1). In addition, reservoir sandstones of the Palmyrides-South Basin show low quartz cementation composed of a single phase Q1, an absence of chemical compaction, as well as clay cementation dominated by chlorite and kaolin characterize the diagenesis history. Microthermometric analyzes of fluid inclusions located in quartz overgrowths show that the silicification occurred mainly between 100 and 160 °C in both basins. According to the reconstruction of the thermal history, these temperatures have been reached between the end of the Visean and Namurian for the Sbaa Basin and Upper Cretaceous-Paéocène for the Palmyrides-South Basin. Isotope analyzes indicate marine/meteoric water gradually heated during burial, and enriched in ¹⁸O in intergranular pores and evolved hot fluids are responsible for vein precipitation. The habits of quartz overgrowth crystals and growth forms observed in the studied sandstones show a relation with the number of quartz cement phases. Effectively, crystals with short prisms, truncated by supplementary faces, and large crystals characterize one-phased (Q1) cemented sandstones. In addition, quartz crystals of multiple nucleations are frequent in these sandstones. However, crystals with long prisms and rarely crystals with short prisms characterize two-phased (Q1 and Q2) cemented sandstones. Crystals of poorly developed faces are present in three-phased (Q1, Q2, and Q3) cemented sandstones. Step-like striation present only in these sandstones. Methane inclusions in the quartz overgrowths of the upper part of Ordovician reservoir of Oued Zine indicate that the gas emplacement into the reservoir occurred synchronically with early quartz cementation in the sandstones located near the contact with the Silurian gas-source rocks at 100-140°C during the Late Carboniferous period and the late Hercynian episode fracturing at temperatures between 117 and 185°C. Microthermometric data on gas inclusions reveal the presence of an average of 92 ± 5 mole % of CH4, which is similar to the present-day gas composition in the reservoirs