Courbes de saturation

Les courbes de saturation pour chaque expérience sont reportées figure 3.21, 3.23, 3.22, 3.24, 3.25 et 3.26. Les expériences présentées diffèrent par le débit d’injection, les conditions de pression et de température (impliquant différentes phases de CO₂ / gazeuse, liquide et supercritique) et le type de GLoC utilisé (MP 02 ou MP 05) impliquant une géométrie différente (Table 3.9).

Influence du débit sur l’invasion

La figure 3.21 montre l’évolution de la saturation en CO₂ en fonction du temps d’in-jection à deux débits d’ind’in-jection différents 100 µl · min⁻¹ et 200 µl · min⁻¹ pour p = 8 MPa et T = 50^◦C pour le GLoC MP 02. Dans ce cas, le CO2 est sous forme supercritique. Les résultats présentés dans la Table 3.10 montrent que le débit n’a pas d’influence sur la saturation à percolation S_P (72% pour 100 µl · min⁻¹ et 73% pour 200 µl · min⁻¹) ni sur la saturation au bout de 20 minutes d’expérience Smax (100% pour les deux débits). Par contre, il est observé que le temps de percolation t_P − t₀ est effectivement divisé par deux pour le débit de 200 µl · min⁻¹ (0,27 s) par rapport au débit de 100 µl · min⁻¹ (0,55 s).

Figure 3.21: Courbes de saturation en CO2 en fonction du temps pour les expériences à 80 bar et 50 ^◦C (CO2 supercritique) pour des débits de 100 µl · min⁻¹ et 200 µl · min⁻¹ dans le GLoC MP 02.

En traçant la saturation en fonction du nombre Neq les deux courbes de saturation deviennent superposables (Figure 3.22). On peut donc observer que les nombres NP

eq sont égaux pour les deux expériences (avec une valeur de 4,2). Ceci revient à dire que la même masse de CO2 est nécessaire pour atteindre la percolation. Il est donc possible de

Figure 3.22: Courbes de saturation en CO2 en fonction de N_eq pour les expériences à 80 bar et 50^◦C (CO₂ supercritique) pour des débits de 100 µl · min⁻¹ et 200 µl · min⁻¹ dans le GLoC MP 02.

Influence de la phase du CO₂

La figure 3.23 compare l’effet de la pression et de la température (et donc de la phase du CO₂, gazeuse, liquide ou supercritique) sur les expériences de drainage. Cette figure présente les saturations en CO₂ en fonction du temps d’injection. Il est noté que les temps de percolation sont assez similaires (1,15 s pour le gaz, 0,90 s pour le liquide et 0,95 s pour le supercritique). Le nombre adimensionnel NP

eq est lui bien différent suivant la phase du CO₂ (20,6 pour le gaz, 2,6 pour le liquide et 8,5 pour le supercritique). Ceci s’explique par le fait que le CO2 liquide est plus dense et la tension interfaciale entre l’eau et le CO2 est plus faible, ce qui, d’après la loi de Laplace, entraîne une pression capillaire plus faible et donc plus facile à dépasser. La masse de CO₂ liquide qui percole est plus faible que dans les deux autres phases.

On remarque aussi que la phase gazeuse de CO₂ a déplacé davantage d’eau au travers du milieu poreux au moment de la percolation, que l’ont fait les autres phases. En effet, c’est pour cette phase gazeuse de CO2 que la saturation à percolation SP est la plus importante (74% pour le gaz, 64% pour le liquide et 57% pour le supercritique). Ceci est dû à sa faible viscosité et sa faible densité.

Les valeurs de S_P et S_max ne varient pas de façon significative entre les phases de gaz (S_P = 74 % et S_max = 79 %) et liquide (S_P = 64 % et S_max = 72 %). Par contre, la différence entre ces deux saturations est de 28 % pour le CO₂ supercritique. En effet, comme mentionné précédemment, après avoir créé une percée peu étendue au sein du milieu poreux, la phase de CO₂ continue à créer des digitations le long du chemin initial de manière latérale. De plus, un processus de séchage va encore accroître la proportion de CO₂ dans le milieu poreux, l’eau se solubilisant peu à peu dans la phase de CO₂.

Figure 3.23: Courbes de saturation en CO2 en fonction du temps pour les expériences à 45 bar et 28 ^◦C (CO₂ gazeux), 80 bar et 28 ^◦C (CO₂ liquide) et 80 bar et 50^◦C (CO₂ supercritique) pour un débit de 100 µl · min⁻¹ dans le GLoC MP 05.

Figure 3.24: Courbes de saturation en CO2 en fonction de N_eq pour les expériences à 45 bar et 28 ^◦C (CO2 gazeux), 80 bar et 28 ^◦C (CO2 liquide) et 80 bar et 50 ^◦C (CO2 supercritique) pour un débit de 100 µl · min⁻¹ dans le GLoC MP 05.

Influence de la température

Les effets de la température sont principalement étudiés à T = 50^◦C ou T = 75^◦C et à une pression de 8 MPa, dans le GLoC MP 02 (Figure 3.25). Le CO₂ est donc supercritique dans ces conditions. Il a d’abord été remarqué qu’une augmentation de la température entraîne un temps de percolation légèrement plus court (0,55 s pour T = 50 ^◦C et 0,40 s pour T = 75 ^◦C). Le nombre NP

eq est donc lui aussi diminué suite à l’augmentation de la température (N^P_eq = 4,2 pour T = 50^◦C et N^P_eq = 3,9 pour T = 75^◦C). Par contre, la saturation à percolation SP est plus importante pour une température plus élevée (SP = 72% pour T = 50^◦C et S_P = 79% pour T = 75^◦C), témoignant d’une meilleure effica-cité d’injection à une plus haute température pour le CO₂ supercritique. La saturation maximale de 100% est atteinte plus rapidement pour une température plus élevée. Ce phénomène est décrit plus en détails dans la suite du manuscrit.

Figure 3.25: Courbes de saturation en CO2 en fonction de N_eq pour les expériences à 80 bar et 50 ^◦C et 80 bar et 75^◦C (CO2 supercritique) pour un débit de 100 µl · min⁻¹ dans le GLoC MP 05.

Influence du GLoC utilisé

La Figure 3.26 montre la saturation en CO2 en fonction du nombre équivalent Neq pour les deux GLoCs de cette étude, MP 02 et MP 05. Les expériences ont été réalisées dans ces deux GLoCs pour les trois phases du CO₂ (p = 4,5 MPa T = 28 ^◦C - CO₂ gaz, p = 8 MPa T = 28^◦C - CO2 liquide et p = 8 MPa T = 50^◦C - CO2 supercritique).

Figure 3.26: Courbes de saturation en CO2 en fonction de N_eq pour les expériences à 45 bar et 28 ^◦C (CO₂ gazeux), 80 bar et 28 ^◦C (CO₂ liquide) et 80 bar et 50 ^◦C (CO₂ supercritique) pour un débit de 100 µl · min⁻¹ dans les GLoCs MP 02 et MP 05.

Dans notre cas, les deux GLoCs sont de porosités équivalentes (44,3 % pour MP 02 et 46,6 % pour MP 05) mais de profondeurs différentes (22,3 µm pour MP 02 et 17,5 µm pour MP 05). Ceci entraîne une différence de volume total du milieu poreux, V_T (2,23 µl pour MP 02 et 1,75 µl pour MP 05) et donc du volume poral accessible au fluide V_P (V_P = V_T × φ) (0,98 µl pour MP 02 et 0,81 µl pour MP 05).

Les temps de percolation et les nombres équivalents déterminés aux mêmes conditions p,T pour les deux GLoCs sont reportés dans la Table 3.11 :

Table 3.11: Résultats expérimentaux des expériences de drainage : N^Peqet t_P sont reportés pour chaque expérience.

Expériences en CO₂ gazeux (p = 4,5 MPa, T = 28^◦C)

MP 02 MP 05

t_P (s) 1,45 1,15

NP

eq 21,2 20,6

Expériences en CO2 liquide (p = 8,0 MPa, T = 28^◦C)

MP 02 MP 05

t_P (s) 0,25 0,90

N^P_eq 0,6 2,6

Expériences en CO2 supercritique (p = 8,0 MPa, T = 50^◦C)

MP 02 MP 05

tP (s) 0,55 0,95

N^P_eq 4,2 8,5

→ Expériences avec du CO₂ gazeux.

La différence de volume poral V_P des deux GLoCs explique la diminution du temps de percolation tP pour les expériences en phase gazeuse (tP= 1,45 s pour MP 02 et tP = 1,15 s pour MP 05 pour les expériences en gaz). Comme expliqué dans la partie traitant des différences entre les résultats suivant les différentes formes de CO₂, la phase gazeuse requiert un N^P_eq plus grand que pour les phases liquide et supercritique.

→ Expériences avec du CO₂ liquide.

Les expériences faites avec des phases de CO₂ plus denses montrent un nombre équivalent NP

eq plus petit lorsque le GLoC présente un volume poral accessible V_P plus grand (de même, le temps de percolation t_P est aussi plus petit pour le GLoC MP 02). Ceci s’explique par le fait que la profondeur de MP 02 étant plus grande, le seuil de pression capillaire à dépasser pour traverser le milieu poreux est plus faible. En effet, le plus petit rayon des pores est lié à la profondeur du canal. D’après la loi de Laplace énoncée ci-dessous, la pression capillaire résultante est plus petite pour le canal le plus profond..

P_c= ^{2 γ cos(θ)}

r ^(3.15)

→ Expériences avec du CO₂ supercritique.

Le CO₂ supercritique dense et peu visqueux, déplace davantage d’eau dans un GLoC avec une profondeur plus grande. Ceci explique la différence de saturation à percolation entre les deux GLoCs ( S_P = 72 % pour MP 02 et S_P = 57 % pour MP 05). De plus, les phénomènes de digitations additionnelles et de séchage vont amener à des saturations maximales bien supérieures pour ces expériences (S_max = 100 % pour MP 02 et S_max = 85 % pour MP 05).

3.3.5 Etude du phénomène de percolation et du piégeage