Couplage entre tomographies hydrauliques et mesures hydrodynamique pour la caractérisation du champ de perméabilité de réservoirs géologiques hétérogènes : mise en œuvre en contexte sédimentaire côtier

The permeability of sedimentary rocks can be estimated in situ through hydraulic tests allowing access to an equivalent permeability of the investigated medium. However, this permeability can locally exhibit significant differences due to heterogeneity and the scale of investigation associated with the tests.This PhD proposes a methodology for a spatial characterization of the permeability field of sedimentary rocks. It is based on the development of numerical models through hydraulic tomography integrating geological, geophysical, petrophysical and hydraulic data, acquired at different scales. These models aim to image the spatial distribution of hydrodynamic properties, constrained by the distribution of sedimentary facies at the scale of the geological reservoir.The proposed approach is firstly tested on synthetic models in order to assess their performance and limitations, then applied to an experimental site, located in coastal sediments. The drawdown data of pumping tests, that provide information about the horizontal distribution of hydraulic properties, are integrated to flux measurements in boreholes that provide information about the vertical distribution in order to estimate the permeability field in 3D. The results obtained are compared with petrophysical measurements (permeability and porosity) carried out on the various cored wells of the experimental site. The good match between the models and the field measurements validates the proposed approach as an efficient and economical way to characterize the permeability field in 3D.Hydraulic tomography applications using transient hydrodynamic responses showed numerical instabilities. In fact, the inverse modelling approach can suffer from ill-posedness and non-uniqueness of the solution. A study investigating these instabilities is carried out using different approaches which show that the late time hydraulic responses are not only controlled by the boundary conditions of the system but also by the surrounding heterogeneities. A more numerically stable inversion method integrating heterogeneities at different resolutions is thus proposed.; La perméabilité des milieux matriciels sédimentaires peut être estimée in situ par l’intermédiaire d’essais hydrauliques permettant d’accéder à une perméabilité équivalente du milieu investigué. Néanmoins cette perméabilité peut localement présenter des différences importantes du fait de l’hétérogénéité du milieu et de l’échelle d’investigation associée aux essais.Le présent travail de doctorat propose une méthodologie de caractérisation spatiale du champ de perméabilité en contexte sédimentaire, basée sur la mise en place de modèles numériques par tomographies hydrauliques intégrant des données géologiques, géophysiques, pétrophysiques et hydrauliques, acquises à différentes échelles spatio-temporelles. Ces modèles visent in fine à imager la distribution spatiale des propriétés hydrodynamiques, contrainte par la distribution des facies sédimentaires à l’échelle du réservoir géologique.L’approche proposée est tout d’abord mise en œuvre sur des modèles synthétiques afin d’en apprécier les performances et les limites, puis appliquée à un site expérimental, situé en contexte sédimentaire côtier. Les données de rabattements de pompages, renseignant sur la distribution horizontale des propriétés, sont complétés par des mesures de vitesses en forage qui permettent d’en préciser la distribution verticale, afin d’estimer les propriétés du champ de perméabilité en 3D. Les résultats obtenus sont comparés aux mesures des propriétés pétrophysiques (perméabilité et porosité) réalisées sur les différents puits carottés du site expérimental. La bonne adéquation entre les modèles et les mesures de terrain valide l’approche proposée comme un moyen efficace et économique pour caractériser le champ de perméabilités en 3D.L’application de cette approche à des réponses hydrodynamiques en domaine transitoire s’accompagne d’instabilités numériques du problème inverse, l’inversion étant assujettie à des problématiques de non-unicité de solution. Une étude investiguant ces instabilités est réalisée au moyen de différentes approches qui montrent que les réponses hydrauliques pour les temps longs sont contrôlées par les conditions aux limites du système mais également par les hétérogénéités environnantes. Une méthode d’inversion plus stable sur le plan numérique et intégrant les hétérogénéités à différentes résolutions est ainsi proposée.