Carnot IFPEN Ressources Energétiques

Modélisation et simulation des bassins et réservoirs
Nos solutions

IFPEN développe des solutions innovantes de modélisation et simulation du sous-sol, à l’échelle des bassins sédimentaires comme à celle des réservoirs. Ces différentes solutions permettent de gérer au mieux les incertitudes liées à l’exploration et l’exploitation du sous-sol et d’en réduire les risques.

Les résultats de la recherche et des développements menés par IFPEN sont transférés dans des logiciels, commercialisés par ses partenaires. IFPEN et ses partenaires proposent également de la recherche collaborative sous forme de JIP et communautés, ainsi que des études et prestations sur-mesure. 

Les travaux d’IFPEN s’appuient sur une démarche qui va de l’analyse microscopique des propriétés des roches et des fluides à la modélisation à l’échelle du bassin ou du réservoir. Cette approche, qui combine différents métiers et savoir-faire, associe au travail de terrain des études en laboratoire réalisées à l’aide d’équipements de pointe, dont certains créés sur-mesure, complétées par des travaux de modélisation. 
En savoir plus sur les expertises et équipements de pointe d’IFPEN.
 

MODELISATION ET SIMULATION : UNE RICHE PANOPLIE DE LOGICIELS 

Modélisation de bassins

Les logiciels issus des travaux d’IFPEN portent sur la modélisation stratigraphique (DionisosFlow™), la modélisation des systèmes pétroliers (TemisFlow™), la modélisation cinématique par des méthodes numériques (KronosFlow™, Kine3D®) ou analogiques (GeoAnalog™). Les outils intègrent des travaux de recherche sur diverses thématiques comme la migration des fluides dans les systèmes fracturés et les processus tectoniques complexes. 
 

DionisosFlow™ : modéliser le remplissage sédimentaire des bassins

La méthodologie DionisosFlow™, développée par IFPEN au cours des 20 dernières années, consiste à réaliser une modélisation de processus sédimentaires et à fournir une grille numérique 3D évolutive représentant la géométrie et la nature des couches sédimentaires du bassin et donnant des indications quantitatives sur certaines propriétés des roches. 
Les résultats de la recherche et les développements menés par IFPEN sont transférés dans le logiciel DionisosFlow™ commercialisé par Beicip Franlab. IFPEN et ses partenaires offrent également des services de R&D, de conseils techniques et d’études d'ingénierie de projets techniques dans le domaine de la modélisation sédimentaire.
 

TemisFlow™ : simuler la dynamique des systèmes pétrolier

TemisFlow™ est un outil intégré de simulation dynamique de l’évolution du bassin sédimentaire et du système pétrolier associé au cours des temps géologiques. Il permet de comprendre et modéliser les processus de génération, de production, de migration, de piégeage et d’accumulation de pétrole et gaz. TemisFlow™ est commercialisé par Beicip Franlab.
 

KronosFlow™ : réaliser la restauration cinématique des bassins en 2D

KronosFlow™ facilite la création de scénarios cinématiques 2D pour l’évaluation des systèmes pétroliers dans des environnements géologiques complexes et permet de rendre compte de phénomènes comme la survenue de hautes pressions, le transfert de chaleur, l’accumulation d’hydrocarbures dans des pièges et la migration des fluides. Le maillage évolue au cours du temps pour restituer fidèlement, à l’échelle des temps géologiques, la déformation du milieu poreux. KronosFlow™ fait partie de l’offre TemisFlow™ commercialisée par Beicip Franlab.
 

Kine3D® : Optimiser l’interprétation géologique

Kine3D® facilite le processus de restauration 3D, en appliquant des paramètres géologiques, lithologiques et géomécaniques, afin de restaurer les modèles à leur état non déformé. Ce processus permet de valider les interprétations sismiques structurales et les géométries en intégrant des contraintes géologiques. Kine3D® est intégré à la suite SKUA® commercialisée par le partenaire Emerson.
 

GeoAnalog™ : Outil digital pour comprendre les processus géologiques complexes

GeoAnalog™ est un service web qui permet de mieux comprendre la déformation, au cours du temps, des structures géologiques complexes et d’aider à l’interprétation de données sismiques. Ce service permet d’explorer un catalogue de modèles analogiques acquis au cours de plus de 1 500 expériences en laboratoire menées sur plus de 30 ans. Le service web est accessible sur abonnement. La réalisation de nouveaux modèles est également possible sur demande auprès d’IFPEN.
 

Modélisation et simulation de réservoirs

Les logiciels issus des travaux d’IFPEN portent sur l’analyse des données de puits (EasyTrace™), la caractérisation des réservoirs fracturés (FracaFlow™), la simulation dynamique de réservoir (PumaFlow™) et enfin la simulation du comportement thermodynamique des fluides pétroliers (Carbone™). L’objectif : améliorer la fiabilité des modèles de réservoirs pour accroître la productivité.
 

EasyTrace™ : analyser les données diagraphiques des puits

EasyTrace™ est un outil multidisciplinaire de traitement et d’édition de données 1D, regroupant sous un même ensemble un large éventail de fonctionnalités pour les géologues, les géophysiciens et les ingénieurs réservoirs. EasyTrace™ est commercialisé par Beicip Franlab.
 

FracaFlow™ : modéliser les fractures dans un réservoir et étudier les incertitudes associées

FracaFlow™ fournit un workflow intégré pour la caractérisation, la modélisation et l’étalonnage dynamique de réservoirs fracturés. Il comprend des modules dédiés allant de l’analyse et de l’intégration de données géologiques à la modélisation de fractures avec un réseau de fractures discrètes (DFN) et à la conversion ascendante de milieux à double porosité pour la simulation de réservoirs. FracaFlow™ est commercialisé par Beicip Franlab.
 

PumaFlow™ : simuler la vie du réservoir et les scénarios de récupération

PumaFlow™ est un simulateur dynamique de prédiction et d’optimisation de la production d’hydrocarbures, utilisable pour tous les procédés de récupération. Il repose sur des modèles mathématiques de circulation des fluides, en production (hydrocarbures et fluides associés, tels que l’eau ou le CO₂) et en injection. Cette solution de référence pour les réservoirs fracturés (simulation double milieu basée sur une formulation rigoureuse d’échanges matrice-fracture) est utilisée par l’Alliance EOR et commercialisée dans le cadre d’un partenariat entre IFPEN, Beicip-Franlab et KAPPA.
 

Carbone™ : caractériser le comportement thermodynamique des fluides pétroliers

Carbone™ intègre une bibliothèque thermodynamique complète capable de traiter les données de laboratoire pour simuler le comportement thermodynamique des fluides pétroliers afin d’alimenter des modèles de simulation de production de champs. Carbone™ est commercialisé dans le cadre du partenariat IFPEN, Beicip-Franlab et KAPPA.
 

Gestion des incertitudes et calage

CougarFlow™ : quantifier les incertitudes, optimiser les modèles et analyser les risques associés

CougarFlow™ combine une conception des plans d’expériences et des méthodologies de surface de réponse, qui facilitent la quantification de l'incertitude et l'optimisation des modèles. Largement appliqué en modélisation réservoir, il peut aussi être utilisé en modélisation de bassin pour améliorer les modèles. CougarFlow™ est commercialisé par Beicip-Franlab.
 

JIP ET COMMUNAUTES : LES BENEFICES 

IFPEN organise et coordonne des JIP (Joint industry projects), projets de recherche collaborative rassemblant plusieurs partenaires industriels qui financent conjointement un programme conçu pour résoudre un problème ciblé. Cette formule permet de partager les risques financiers en amont et les résultats de la recherche en aval. Ce partage permet d’explorer des pistes menant à des innovations et offre aux partenaires un réel avantage concurrentiel en leur donnant un accès rapide aux nouvelles technologies. IFPEN coordonne des JIP en partenariat avec plus de 30 compagnies nationales et internationales.
 

JIP DORS (Dionisos Organic-Rich Sediments) : comprendre la production, la dégradation et la préservation de la matière organique 

La première phase du JIP (DORS 1) a permis de développer les modules de base pour modéliser les processus de production et dégradation de la matière organique dans différents environnements (marin, terrestre et lacustre). La deuxième phase, DORS 2, a pour but d’étalonner le module de matière organique marine sur des proxys géochimiques, d’améliorer le lien vers la modélisation du système pétrolier, et de décrire l’afflux d’éléments nutritifs résultant de la lixiviation du sol et apportés par l’écoulement des eaux souterraines dans les lacs.
>> Voir la  fiche « Dionisos organic-rich sediments: DORS 2 » 
 

JIP CarDIO (Carbonate early diagenesis - DionisosFlow™) : comprendre et modéliser la transformation des sédiments carbonatés en roches sous l’effet des processus diagenétiques

Ce JIP vise la modélisation de la diagenèse précoce des carbonates marins et côtiers : développement de lois physiques pour les différentes réactions diagenétiques (cimentation, dissolution, etc.) dans différents environnements (marin, lacustre, hypersalin, météorique, etc.) en subsurface, et prise en compte des écoulements d’eau en surface et souterrains ainsi que des processus de transformation des sédiments.
>> Voir la  fiche CarDIO 
 

JIP AQUARIUS (Architecture and QUAntification of a Reservoir In a lacUStrine system) : comprendre et quantifier les propriétés physiques des réservoirs carbonatés en système lacustre

À la suite du JIP COMPAS (Cretaceous Outcrop analog from Argentina for microbial Pre-salt Atlantic Series), le JIP AQUARIUS vise à caractériser et évaluer les réservoirs riches en carbonates dans un système lacustre avec des architectures complexes et différentes échelles d’hétérogénéités, en utilisant la Formation de Green River (USA) comme analogue d’affleurement.
 

SmartAnalog™ : modéliser des affleurements 3D pour mieux caractériser les réservoirs complexes

Pour comprendre et décrire correctement les réservoirs géologiques complexes, SmartAnalog™ permet des modélisations 3D d’affleurements, en utilisant des techniques de photogrammétrie et de visualisation interactive. Les analogues digitaux d’affleurements géologiques servent de base à une interprétation géologique et géostatique des réservoirs.
 

TELLUS : la transformation digitale au service des sciences de la Terre

L’offre TELLUS permet aux membres de la communauté d’explorer les applications des technologies numériques émergentes (science des données, intelligence artificielle, réalité virtuelle, …) dans le domaine des géosciences, quel que soit le secteur industriel concerné.  
Les membres partagent leurs cas d’usage, IFPEN assurant une veille scientifique et des séminaires pour présenter les résultats obtenus.
Chaque membre a ensuite l’opportunité d’explorer davantage un cas d’usage spécifique via une prestation ou une collaboration bilatérale avec IFPEN.

DES PRESTATIONS SUR MESURE POUR L’INDUSTRIE ET LES POUVOIRS PUBLICS

IFPEN met son savoir-faire en modélisation et simulation du sous-sol au service de l’industrie et des pouvoirs publics et propose la réalisation d’études sur-mesure. 
 

Etudes sur la productivité des puits en présence de gaz à condensats

En présence de condensats de gaz naturel, les puits producteurs d’hydrocarbures présentent une baisse de productivité du fait de l’accumulation d’un anneau de condensat dans la zone proche des puits. Les compagnies pétrolières sont confrontées à la nécessité de comprendre à quoi est due cette perte de productivité, d’envisager des solutions pour la prévenir et l’anticiper.

IFPEN fournit des prédictions fiables de productivité des puits grâce à des expérimentations en laboratoire et à une modélisation avancée et précise des phénomènes physiques proches des puits. Les expérimentations en laboratoire reposent sur une technologie unique breveté, le banc coreflood d’expérimentation haut débit, CAL-X™. Le logiciel de recherche CooresFlow est utilisé pour simuler le transport réactif.
 

Modélisation et simulation des bassins et réservoirs
Nos atouts

IFPEN a développé depuis de nombreuses années une expertise reconnue en :

• géosciences descriptives et quantitatives, sédimentologie, pétrophysique, géochimie, modélisation géologique
• sciences physiques, physico-chimie des matériaux et fluides complexes, mécanique des fluides, des solides et des structures, mathématiques appliquées (méthodes numériques)
• informatique (calcul haute performance, conception de logiciels, etc.)
• digitalisation (science des données, cloud computing, IoT, capteurs intelligents, réalité virtuelle, etc.).

Ces compétences sont utiles pour la compréhension des bassins sédimentaires et des réservoirs d’hydrocarbures et plus généralement pour appréhender :

• les phénomènes multiphasiques et les interactions fluides/roches,
• les aspects géomécaniques,
• la modélisation du transport réactif,
• la modélisation multi-échelles, de milieux hétérogènes ou fracturés,
• les écoulement en milieu poreux,
• l’optimisation et les incertitudes.
   

Du terrain au laboratoire et à la modélisation

IFPEN, à travers le Carnot IFPEN Ressources Énergétiques, dispose d’équipements de laboratoire qui permettent de mieux comprendre et conceptualiser les processus géologiques, notamment dans les domaines de l’imagerie en milieux poreux, la géochimie, la microfluidique. 
IFPEN fait le lien entre les données recueillies sur le terrain, en laboratoire et les outils de modélisation. Ses chercheurs réalisent la caractérisation à petite et à grande échelle et proposent une interprétation reliant les deux. Leurs compétences en géosciences s’étendent de la compréhension des phénomènes à l’échelle nano et microscopique jusqu’à la modélisation à l’échelle du bassin.

Calcul haute performance : IFPEN met au point des simulateurs de nouvelle génération à l’aide de la plateforme HPC en open source Arcane développée avec le CEA, dans le but d’augmenter la performance de ses applications géosciences.
 

Une longueur d’avance dans les technologies du digital

La transition numérique exige une transformation des activités et des méthodes de travail dans le domaine de l’exploration et de la production. IFPEN entend accompagner ses partenaires via notamment une démarche basée sur les POC (proof of concepts) pour les aider à appréhender les technologies digitales pour mieux valoriser leurs données (IA, Big Data), améliorer leur performance (couplage HPC-IA, automatisation de tâches) ou exploiter au mieux leurs modèles (Langage naturel, IA).  
   
A titre d’exemples, l’outil SmartAnalog™  utilise la photogrammétrie 3D pour réaliser des copies numériques d’effleurements géologiques complexes, tandis que le service Web GeoAnalog™ recense de nombreux modèles géologiques dynamiques reproduits en laboratoire et scannés en 3D.
D’autre part, IFPEN anime la Communauté TELLUS, au sein de laquelle IFPEN adresse avec des partenaires les problématiques liées à la transformation digitale pour les géosciences 4.0. 
 

Deux filiales et un partenaire pour l’industrialisation des logiciels issus de la recherche

Beicip-Franlab réalise des études techniques et technico-économiques et commercialise des logiciels de géosciences développés par IFPEN. Beicip-Franlab intervient dans plus de 100 pays. Ses logiciels de modélisation de bassin et de simulation des réservoirs de nouvelle génération sont des références mondiales.

TECH’advantage développe une expertise dans les domaines de l’architecture logicielle, de la modélisation, de la visualisation 3D, du calcul scientifique , des interfaces graphiques et des technologies digitales, acquise dans l’industrialisation de logiciels dans le domaine des géosciences.

KAPPA Engineering (KAPPA) s’est allié depuis 2016 avec IFPEN et BF pour industrialiser en commun une chaîne complète de simulation de réservoir intégrant l’outil thermodynamique Carbone et le simulateur PumaFlow. 
 

Une suite logicielle depuis la modélisation de bassin jusqu’à la simulation de réservoir

La plupart des logiciels développés par IFPEN sont rassemblés au sein de la solution intégrée OpenFlow Suite™ commercialisée par Beicip-Franlab. 
Cette suite regroupe les applications TemisFlow, DionisosFlow, FracaFlow, CougarFlow et EasyTrace.
Les logiciels Carbone et PumaFlow, quant à eux, sont intégrés à la gamme Kappa qu’ils complètent.

Modélisation et simulation des bassins et réservoirs
Contexte et enjeux

Les bassins sédimentaires et les réservoirs géologiques qui s’y trouvent, contiennent des ressources naturelles exploitables notamment des hydrocarbures, ou encore des minéraux, de l’eau, de la chaleur, …
La bonne connaissance des bassins sédimentaires et des réservoirs du sous-sol est indispensable pour réduire les risques liés aux opérations s’y déroulant. Les approches et outils développés pour l’exploitation des hydrocarbures peuvent également servir pour d’autres activités, telles que le stockage de certains matériaux comme le CO₂, le gaz naturel, l’hydrogène ou les déchets nucléaires. 

La modélisation des bassins sédimentaires répond à des enjeux multiples en phase d’exploration des ressources :

• la réduction des risques (surpressions, nature des fluide, gaz acides, etc),
• des prédictions plus quantitatives (approches multiphysiques, etc.),
• le traitement des incertitudes à tous les niveaux (identification et quantification) ,
• la possibilité de disposer d’outils facilement utilisables par des non-experts.

 
La simulation de réservoirs permet aux industriels de faire face aux enjeux suivants lors de la phase d’exploitation des ressources : 

• réduire les incertitudes et les risques liées aux réservoirs complexes : réseaux de fractures denses par exemple
• optimiser le développement des champs 
• développer des solutions complètes pour la simulation dynamique du comportement des milieux poreux et des fluides complexes, notamment pour l’EOR
   

IFPEN a mis en place depuis plus de trente ans des techniques de laboratoire et des logiciels performants, qui permettent une compréhension fine du système pétrolier à l’échelle du bassin et du réservoir.
De plus, IFPEN accompagne les industriels dans la digitalisation de leurs processus à travers la réalisation de POC (proof of concepts) centrés sur leurs données.

Nos solutions                         Nos atouts
 

Approfondir et accélérer la R&I 

Les activités ressources énergétiques d’IFPEN ont reçu le label « Institut Carnot » en 2020, reconnaissance des nombreuses collaborations existantes avec des acteurs des mondes économique et académique, tant en France qu’à l’international. IFPEN Ressources Energétiques fait désormais partie du réseau Carnot, fort de 39 Carnot, pour une durée de quatre ans.

Créé par le ministère de l'Enseignement supérieur, de la Recherche et de l'Innovation en 2006, le label est décerné à des laboratoires publics fortement engagés dans une logique de recherche partenariale au bénéfice de l’innovation d’entreprise et de la croissance française.

Implantés sur tout le territoire français, les Carnot poursuivent en synergie une mission commune : préparer l’avenir industriel et économique en accélérant le transfert de technologies de la recherche vers le monde socio-économique.
 

Relever le défi de la transition énergétique

Le Carnot IFPEN Ressources Energétiques (IFPEN RE) est résolument engagé dans la thématique de la transition énergétique en se proposant de  : 

• développer des énergies renouvelables en privilégiant l’éolien et les énergies marines, la géothermie, l’hydrogène ainsi que leur intégration dans le réseaux d’électricité via le stockage de l’énergie ; 
• minimiser le « risque climat » lié aux activités industrielles, via la réduction des émissions de CO₂ et une meilleure compréhension et anticipation des interactions sol/climat ;
• accompagner ses partenaires pétroliers et parapétroliers pour produire de manière plus respectueuse de l’environnement les hydrocarbures strictement nécessaires dans cette période de transition, en minimisant les risques liés à l’exploration et la production, aux techniques de récupérations améliorées, à terre comme en mer. 
   

Soutenir l’innovation dans les PME

Outre le développement de nouvelles technologies de l’énergie, IFPEN RE s’engage à :
- intensifier par des actions très volontaristes ses partenariats avec des ETI, PME et start-up ;
- faire bénéficier le réseau des Instituts Carnot de ses compétences en termes de développement à l’international et profiter également d’expériences en retour.
 

Le réseau IFPEN RE 

Le Carnot IFPEN Ressources Energétiques entretient des relations privilégiées avec l’industrie, des TPE, PME, ETI jusqu’aux grands groupes industriels français et internationaux.

De plus, il est engagé, aux niveaux national, européen et international, dans de nombreuses structures collaboratives, ce qui le place au centre d’un réseau dense de partenariats de recherche.

Au niveau national, le Carnot IFPEN RE s’investit activement dans les alliances de recherche Ancre, dont IFPEN est membre fondateur, et AllEnvi, dédiées respectivement à l’énergie et à l’environnement. Il est également fortement impliqué dans d’autres structures thématiques telles que le pôle de compétitivité AVENIA consacré aux géosciences, le Club CO₂ dont il assure la présidence dans le domaine du CCS, l’association EVOLEN de promotion de l’excellence technologique française et le programme CITEPH d’Open Innovation en faveur du développement de PME et ETI dans le domaine de l’énergie, ou encore l’institut Convergence Data IA dédié au numérique.
Le Carnot IFPEN RE travaille aussi en étroite collaboration avec la communauté universitaire ainsi qu’avec d’autres établissements publics de recherche. Enfin, il est impliqué dans des projets de démonstration dans le cadre des Programmes d’investissement d’avenir (PIA) soutenus par l’Ademe.

Au niveau international, le Carnot IFPEN RE dispose de relations privilégiées avec de nombreux "Research Technology Organisations" (RTO), via notamment des accords-cadres et partenariats stratégiques. Les travaux de recherche du Carnot font l’objet d’une forte visibilité et plus de la moitié de ses publications de rang A relèvent de coopérations étrangères. Par ailleurs il est partie prenante de nombreux organismes scientifiques de premier plan mondial et est le représentant de la France au Comité exécutif du Programme de coopération technologique IEA Wind de l’Agence internationale de l’énergie (AIE). 

Plus particulièrement, en Europe, le Carnot IFPEN RE se positionne comme un acteur de poids au sein de l’Espace européen de la recherche (EER) et  travaille en synergie avec des plateformes telles que l’ETIP-DG afin de définir les besoins de l’industrie et les opportunités de développement de la géothermie. Dans le domaine du CCUS, il participe également activement aux réseaux européens tels que ECCSEL et la plateforme ZEP pour accélérer le déploiement de ces technologies. Dans le domaine des géosciences, il contribue au développement de solutions pour la gestion des sols avec l’European Energy Research Alliance (EERA).
 

Expertises et compétences  

•    Géosciences descriptives et quantitatives
•    Mécanique des fluides, des solides et des structures
•    Modélisation moléculaire, thermodynamique
•    Physico-chimie des matériaux et fluides complexes
•    Physique et Analyse
•    Biotechnologies
•    Génie chimique et technologies
•    Conception et modélisation de procédés 
•    Modélisation et simulation des systèmes
•    Science et technologies du numérique