Trois dispositifs expérimentaux ont été mis en place pour les différentes expériences. Le premier dispositif est utilisé pour le traçage monophasique (expérience de dispersion), le deuxième concerne la mise en place de la saturation irréductible en eau (Swi) et le troisième permet
d’étudier les balayages tertiaires et secondaires d’eau de basse salinité.
V.3.1 Dispositif de traçage monophasique :
Ce dispositif [Figure 61] a pour objectif d’étudier la dispersion des fluides miscibles dans le milieu poreux lors du traçage monophasique pour en déduire la porosité et évaluer leur homogénéité à partir des courbes de dispersion. Il permet également de mettre en évidence les échanges ioniques qui ont lieu d’une part lors de mise à l’équilibre de l’échantillon avec la Saumure #H et d’autre part lors des traçages monophasiques. Ces échanges ioniques sont mis en évidence grâce au suivi du pH et à la caractérisation ionique des effluents collectés.
Figure 61 : Montage expérimental du protocole monophasique d’échanges ioniques. Le montage expérimental représenté sur la Figure 61 est composé des éléments suivants:
Pompe Capteur différentiel de pression pH-mètre densimètre Collecteur de fractions PC-moniteur Cellule Hassler Vanne de contre-pression
70 - Une pompe bi-piston de marque Pharmacia (Pharmacia® Biotech P500) qui permet d’injecter le fluide dans le système à un débit constant avec affichage de la pression relative dans le système (Cette pompe est dans certains cas remplacé par une pompe Isco® qui est une pompe volumétrique plus efficace lorsqu’on travaille en pression).
- Une cellule Hassler contenant les échantillons poreux avec une pression de confinement maximale de 20 bar. Cette cellule est conçue par Vinci Technologies. Elle a la particularité d’avoir des volumes morts liés aux embouts qui ont été minimisés.
- Un capteur de pression différentielle (Rosemount®, gamme 0-620 mbar) permet de faire une acquisition de la différence de pression entre les extrémités de l’échantillon, de calculer la perméabilité du milieu et de suivre l’évolution de la perte de charge au cours du traçage.
- Un pH-mètre en ligne (Mettler Toledo®) composé d’une électrode (Electrode combinée
pH Inpro 4260/120/PT 1000), d’une chambre de mesure de faible volume et d’un afficheur. Cet instrument nous permet de faire une acquisition du pH en sortie de milieu, de déterminer les équilibres et de noter l’évolution de sa valeur au cours du traçage.
- Un densimètre de marque Anton Paar® (Anton Paar mPDS 2000) qui nous permet de faire l’acquisition de la densité des effluents au cours du temps. La courbe obtenue donne des informations sur l’homogénéité et la dispersivité du milieu. Notons que ce densimètre n’est pas adapté aux températures élevées et est retirée du dispositif lorsque la température de l’écoulement est supérieure ou égale à 60°C.
- Un collecteur de fractions GILSON® pour recueillir des échantillons d’effluents dont l’analyse nous permettra de déterminer les échanges ioniques qui ont eu lieu entre le milieu poreux et le fluide injecté tout au long des l’expériences.
- Un appareil de chromatographie ionique DIONEX® pour la quantification ionique des effluents. Ce dispositif utilise une méthode de chromatographie liquide haute performance réalisée sur une colonne de résine échangeuse d’ions. Ce dispositif est disponible au laboratoire de chimie de l institut EGID (Université Bordeaux 3).
V.3.2 Dispositifs de balayages polyphasiques :
a. Dispositif de mise en place de la Swi :
Ce dispositif [Figure 62] nous permet de mettre en place la saturation irréductible en eau (Swi)
par drainage de l’huile dans l’échantillon initialement saturé en saumure résidente. Pour la plupart des échantillons, on injecte d’abord le brut à débit constant jusqu’à ce que l’on ne note plus de production d’eau puis on augmente progressivement le débit. L’expérience est arrêtée lorsque l’augmentation du débit ne permet plus de produire de l’eau. Le brut étant moins lourd que la saumure, l’injection se fait par le haut pour éviter la création de chemins préférentiels dans
71 l’échantillon qui diminuerait l’efficacité du drainage de l’échantillon. Notons que ce dernier est régulièrement retourné lors des phases de montée en débit pour assurer une saturation en eau homogène dans l’échantillon. En plus de la cellule Hassler® et du capteur différentiel de pression Rosemount®, gamme [0- 3,5 bar], le dispositif de mise en place de Swi présenté ci-dessous
comporte les éléments suivants :
- Une pompe volumétrique de marque Isco® dont le corps de pompe est initialement rempli d’eau déminéralisée. Le volume maximal est de 500 ml.
- Un cylindre de stockage rempli initialement de brut qui va être injecté progressivement dans l’échantillon par déplacement de l’interface eau déminéralisée/huile générée dans le cylindre au cours de l’injection.
- Une vanne de contre-pression qui permet d’imposer une pression constante dans l’écoulement afin d’éviter la vaporisation des composés légers de l’huile. Cette vanne est composée d’un cylindre sous pression muni d’un manomètre qui affiche la pression fixée pour l’écoulement et d’un pointeau qui vient bloquer l’écoulement tant que la pression dans le système est inférieure à la consigne.
- Une cellule en verre graduée pour récupérer et quantifier les volumes des fluides à la sortie du système.
Figure 62 : Montage expérimental pour la mise en place de la saturation initiale en eau (Swi).
Pompe Cellule Hassler Capteur différentiel de pression Etuve Cylindre de Stockage Vanne de Contre-pression Cellule de mesure
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b. Dispositif de balayages secondaires et tertiaires.
Le dispositif de balayages secondaires et tertiaires diffère de celui de la mise à Swi uniquement
par l’absence de la bouteille de stockage et le sens de circulation des fluides. La saumure initialement chargée dans le corps de pompe est injectée directement dans l’échantillon. Dans le cas où l’échantillon est saturé d’huile, l’injection de la saumure se fait du bas vers le haut la saumure étant plus lourde que l’huile afin d’éviter les chemins préférentiels de l’eau susceptibles de modifier l’efficacité de déplacement de l’huile.
Figure 63 : Schéma du dispositif expérimental de balayages secondaires et tertiaires. Pompe Cellule Hassler Capteur différentiel de pression Cellule de mesure Vanne de contre-pression Etuve
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