Migration de particules dans les roches carbonatées induite par dissolution : évolution bimodale de k
9.3. DISCUSSIONS AND CONCLUSIONS
D’après l’étude présentée dans le chapitre 8, la perméabilité d’un réservoir carbonaté peut être détériorée lors d’une injection de CO2, ce qui peut impacter de façon significative l’injectivité et ainsi le champ de pression dans le réservoir ce qui peut être préjudiciable à l’intégrité du réservoir (réactivation voire action de fracture). La diminution de la perméabilité, pendant que les pores sont élargis, était attribuée au clogging d’une fraction de l’espace porale par de fines particules détachées par dissolution. L’accumulation de ces particules (de quelques µm de taille) dans les pores conduisait au développement de zones à faible perméabilité qui contrôleront l’ensemble de la perméabilité en augmentant la tortuosité des réseaux de pores connectés et en diminuant le rayon hydraulique effectif.
Cependant dans les études présentées ici, la relation atypique k−
φ
(diminution de la perméabilité pendant que l’espace porale est élargie) est inversée à la fin des expériences en cohérente avec les relations k−φ
trouvées dans un contexte de forte dissolution (Gouze et Luquot 2001).Selon la valeur négative de Ωcal du fluide injecté et des fluides fluide de sortie, la diminution de la perméabilité observée lors de MDV8 et MDV10 ne peut pas être attribuée à de la précipitation calcite (i.e. le seul processus géochimique qui s’est produit lors de ces expériences demeure de la dissolution). Ainsi, la décroissante de k décrite ici est manifestement due à un possible clogging d’une fraction des pores par de matériel microporeux comme décrit dans le chapitre 8. Cependant, comme la MTRX des échantillons de roches n’a pas été faite, aucune preuve de ce phénomène n’est possible. Néanmoins, les valeurs de CCa out, particulièrement de celles impliquées dans MDV8, attestent l’existence de particules sortantes. En effet, comme l’échantillonnage des fluides à la sortie est réalisé sans filtrage et que les échantillons de fluide sont acidifiés avant analyse, toute particule traînée en dehors de l’échantillon par l’écoulement augmente fortementCCa out. Ceci est reflété par les relativement fortes valeurs de CCa outobservées durant MDV8 (figure 9.3) comparées àCCa Eq. Les valeurs de CCa outimpliquées dans MDV8 et MDV10 qui sont proches de la valeur
Eq Ca
C indiquent aussi l’existence de particules sortantes. Ainsi, durant les deux expériences on ne peut pas exclure que des particules mobilisées obstruent certaines restrictions de pore (pore throat clogging), ce qui diminuera la perméabilité.
Dans le chapitre 8, les processus de pore clogging et la diminution de la perméabilité comme résultante, bien qu’ils étaient persistants (figure 8.3 b), ne pouvait pas être considérés comme durable du fait de la courte durée de l’expérience (e.g. 44 H): il n’était pas possible d’établir la durée de la persistance de ce régime de dissolution exposant la diminution de la perméabilité. Cependant, MDV10 est ici réalisée à des conditions thermodynamiques avec une pression partielle de CO2 (PCO2 = 0.3MPa) similaires que celles de l’expérience faites dans le chapitre 8, mais plus longue (e.g. ~ 94 H). La diminution de la perméabilité s’est produite tôt et a persistée pendant ~ 89 H (environ deux fois la durée de l’expérience présentée dans le chapitre 8) avant d’être inversée (e.g. augmentation of k).
Ce résultat présenté ici (précoce diminution de k suivi par une augmentation tardive) était précédemment obtenu par Qajar et al., 2012, lors d’expérience de percolation de fluide réactif à travers un échantillon de roche carbonatée similaire au notre. L’augmentation tardive de la perméabilité était attribuée à la dissolution de grain et au pore declogging ainsi accompagné de l’augmentation de la connectivité des pores. En effet, l’écoulement du fluide réactif demeure continu lors des expériences réalisées, ainsi toute particule obstruant un pore throat (clogging car la taille de la particule est supérieure que celle du pore throat) continuera à se dissoudre conduisant à la diminution continue de sa taille. Et si sa taille devient faible comparé à celle du pore throat, la particule traversera la restriction du pore (pore throat
declogging) et sera transportée, ce qui conduira à l’amélioration de la perméabilité k. Pour les
deux expériences, regardant l’évolution de k et CCa out avec le temps (figure 9.7), on observe que l’étape où la perméabilité augmente coïncide avec des valeurs de CCa out relativement élevées que la valeur de C (MDV8) ou proches (MDV8 et MDV10). En d’autres termes, ça
Figure 9.7: Perméabilité en fonction du temps k(t) regardant CCa outavec le temps
Ainsi, cette désobstruction (declogging) permet d’exposer les restrictions des pores à l’écoulement du fluide réactif et la diminution de la résistance à l’écoulement (amélioration de la connectivité de l’espace porale). Bien évidemment, ceci conduit à la dissolution des grains et à l’augmentation de l’ouverture des pores et ainsi à l’augmentation de la perméabilité.
Mécanismes d’évolution de la Perméabilité
Se référant au chapitre 8 et à celui-ci, l’évolution de la perméabilité durant le transport de l’eau de formation enrichie en CO2 avec une faible PCO2 (i.e. condition similaire à celle attendue loin du puit d’injection) dans un milieu poreux carbonaté peut être un processus compliqué. La dissolution minérale élargie l’espace porale (i.e. pore throat), ce qui conduit à la diminution de la tortuosité des chemins d’écoulement, l’augmentation du rayon hydraulique et de la connectivité de chemin d’écoulement, et en conséquence la diminution de la résistance à l’écoulement de la roche réservoir (i.e. augmentation de la perméabilité k – Luquot et Gouze, 2009; Gouze et Luquot, 2011). Au même moment, de fines particules sont détachées par dissolution, transportées dans la direction d’écoulement. Ultérieurement, celles-ci obstrueront les restrictions de pores dépendant de leur taille et de celle des pores throat, ce qui conduit à la diminution de la connectivité de l’espace porale et ainsi de la détérioration de la perméabilité k. De plus, comme l’écoulement du fluide réactif demeure continu dans le contexte de la séquestration du CO2, les particules obstruant les restrictions et les grains continueront de dissoudre. Bien évidemment, ceci conduira à la diminution continue de la taille de ces particules jusqu’à ce qu’elle soit inférieure à celle du pore throat obstrué, et donc à la désobstruction de ce dernier et à l’augmentation de la perméabilité. La mobilisation de particules par dissolution demeure manifestement aussi continue, ainsi on peut escompter de successifs phénomènes d’obstructions/désobstruction de pores (pore clogging - pore
Dans ce contexte, on peut schématiquement décrire les mécanismes qui sont successivement impliqués dans l’évolution de k durant MDV8 et MDV10, utilisant un modèle d’assemblage de grain à taille double de l’échantillon de roche (section 3.4.2, Figure 9.8 et 9.9).
La perméabilité initiale de la roche est donnée au point A. Très tôt lors de l’expérience de percolation de CO2, une diminution de la perméabilité s’est produite jusqu’au point B suivie par une augmentation de k pour le reste de l’expérience de B à C. Quand l’injection du fluide réactif commence, la dissolution est plus prononcée à l’entrée de la carotte, figure 9.8 b (réactivité du fluide est plus forte à l’entrée qu’à la sortie, due à la consommation du CO2 par dissolution durant sont transport). A ce stade, des particules sont détachées, transportées et obstrueront ultérieurement des restrictions (figure 9.8 c). Ceci résulte en une précoce diminution de la perméabilité. Et comme l’injection du fluide réactif est réalisée de façon continue, les particules obstruant les pores se dissolvent et seront déplacées, ceci résulte en la désobstruction de pore throat. Bien évidemment, ceci conduit à une tardive augmentation de la perméabilité (figure 9.8 d).
Si l’injection de fluide réactif n’était pas interrompue, d’autres processus de pore clogging à la suite de phénomènes de désobstruction pouvaient être attendus. Comme, l’écoulement de la saumure enrichie en CO2 continue et que les restrictions de pore ne sont plus obstruées, le fluide réactif s’écoulera librement conduisant à la dissolution de grains et au possible détachement de particules (figure 9.9 b succède la figure 9.8 d) qui seront transportées. Ultérieurement, ces particules obstrueront certains pore throat (figure 9.9 c), ce qui conduira au déclin de la perméabilité à partir de C (figure 9.9 a).
Figure 9.8: Schémas d’un modèle à assemblage de grain à taille double
Figure 9.9: Schémas d’un modèle à assemblage de grain à taille double
Ces expériences ont démontré que les processus de pore clogging et la diminution de la perméabilité comme résultante sont généralement réversibles du fait de l’écoulement continu de l’eau de formation enrichie en CO2 au sein de l’unité de réservoir.