Injection de la mousse dans le milieu saturé en dodécane

dans un milieu poreux saturé en dodécane, dans un ensemble sous une pression de 3 bars. La technique utilisée est globalement la même que celle employée dans le chapitre 5. Pour simplier les explications, nous nous appuierons sur le schéma représenté sur la gure 7.2. Deux protocoles ont été utilisés. Pour l'étude de la réduction de mobilité, nous injectons, à débit élevé, du dodécane, puis nous injectons la mousse préformée par les côtés. Pour l'étude du balayage de l'huile, nous injectons, dans un premier temps, le dodécane par le canal central. La mousse préformée est ensuite injectée par la piscine d'entrée comme nous allons le détailler.

L'étape n1 consiste à co-injecter, à l'aide d'une jonction en T, un train de bulle dont le débit relatif de gazf_g est xé à 0,76 dans toutes les expériences de mousses de ce chapitre. Ce train de bulle est directement relié à la sortie car le début de ce train peut présenter des irrégularités.

Une fois le train de bulles régulier, à la bonne qualitéfg, l'étape n2 consiste à injecter une première fois le train de bulles dans le milieu poreux àCa∼10⁻⁴. Les bulles viennent alors s'y fragmenter une première fois pour sortir, par la suite, de la puce microuidique. C'est alors dans l'étape n3 qu'une seringue, remplie d'eau avec la solution de tensio-actifs Surf EOR Foam 5200, vient pousser le train de bulles en sens inverse pour que les bulles retraversent le milieu poreux pour achever leurs divisions.

L'étape n4 consiste, grâce au jet se situant au centre du système, à injecter un débit de dodécane. Puis, nous injectons, à un nombre capillaireCa voulu, la mousse préformée. A l'aide de ce protocole, nous pouvons ainsi voir le balayage du dodécane par la mousse dans un milieu poreux. Il sera possible aussi d'y lmer le transport de la mousse et de voir les répercutions que la présence de dodécane a eu sur les mécanismes.

Dans ce protocole, nous avons réussi à surmonter des problèmes de déstabilisation de mousse préformée dans le tubing avant l'entrée de la puce. Cet eet peut se produire le plus souvent à faible Ca et s'amplier au contact du dodécane dans la piscine d'entrée de la puce. C'est pourquoi une vanne a été installée à cet endroit pour empêcher, lors de l'injection du dodécane, l'huile de remonter par le tubing d'injection de la mousse.

Figure 7.2 Schéma des diérents parcours nécessaires an de générer un train de bulles, dont la qualitéf_g et le Ca d'injection seront xés de manière indépendante, pour l'injecter ensuite dans un milieu poreux saturé en dodécane.

7.2.3 Analyse d'images.

Dans le cas des expériences de balayage, nous avons utilisé une analyse d'image un peu diérente de celle présentée dans le chapitre 5 et qui a pour but de déterminer le déplacement qui a eu lieu localement à chaque endroit du milieu poreux. Nous utilisons le même principe de détection à savoir une diérence d'images, pour un débit d'injection donné, une fréquence d'acquisitionf compatible avec les débits (cf "matériels et méthode" du chapitre 5). Nous faisons ainsi un traitement où nous enregistrons une série d'images, de même type que sur la photo en haut à droite de la gure 7.3, sur toute la vidéo. A partir de la séquence d'images du balayage de la mousse, nous faisons ressortir les diérents chemins en progression dans le milieu, comme sur la photo en bas à gauche de la gure 7.3.

Comme l'expérience est instationnaire, nous ne pouvons plus moyenner ces diérences d'images. Plutôt que de mesurer la valeur moyenne, nous calculons le maximum, à une date t, de toutes les diérences d'images précédentes. Nous obtenons un lm, que nous appelons "Trace", qui permet de retracer la progression de la mousse dans le milieu poreux. Il est possible de seuiller les images de trace, par construction, nous tendons vers une image, à la n de l'expérience, qui reète l'ensemble des chemins qui ont été parcourus. En première approximation, ces chemins ne contiennent plus l'huile puisque cette dernière a été poussée par la mousse, toutefois, des gouttelettes d'huile peuvent se repiéger sans que cette analyse ne le mette en évidence. Une observation directe des images brutes montre cependant que ce soit des endroits minoritaires. A la dernière image, il en ressort une cartographie complète des chemins parcourus par le uide poussant au cours de la vidéo.

Figure 7.3 Etapes de traitement d'images pour obtenir une cartographie des chemins explorés par le uide poussant.

An d'améliorer cette cartographie, nous eectuons un seuillage de la dernière image de la vidéo, an de faire ressortir le mieux possible les chemins comme sur la cartographie en bas à droite de la gure 7.3.

Pour le protocole en régime permanent accompagné par la réduction de mobilité, nous avons procédé comme au chapitre 5.

7.3 Résultats et discussions.

7.3.1 Etude de la réduction de mobilité.

Dans cette section, nous cherchons à caractériser, comme dans le chapitre 5, la réduction de mobilité, en faisant le rapport des diérences de pression entre un écoulement de mousse et un écoulement de mélange eau/tensio-actifs. Ici, il y a en plus l'huile. Pour cela, une mousse de qualité f_g =Q_a/(Q_a+Q_e) = 0,76 est préformée, puis co-injectée en présence d'un jet de dodécane. Ainsi, dans toutes ces séries d'expérience, le débit relatif de gaz de la mousse injectée est xé. En revanche, nous ferons varier le débit de dodécane et ainsi, son débit fractionné fo, déni de la manière suivante :

fo = ^Qo

où Q_a est le débit d'air, Qe, le débit d'eau avec tensio-actifs et Qo, le débit de dodé-cane injecté à travers le jet central. Le deuxième paramètre entrant en jeu est le nombre capillaire d'injection que nous dénissons par :

Ca= ^µQT

γφΣ^, (7.2)

avec µ est la viscosité du mélange eau/tensio-actifs, Q_T = Q_a+Q_e+Qo, le débit total injecté dans la puce, φ, la porosité du milieu, Σ, la section de la puce microuidique etγ, la tension de surface entre l'eau et l'air.

Figure 7.4 Allure de la réduction de mobilité d'une mousse de qualité f_g = 0,76pour diérents nombres capillaires Caet diérents débits fractionnés en huile fo.

Les mesures de pression sont représentées sur la gure 7.4. Une première chose intéres-sante à noter est que nous observons toujours des réductions de mobilité importantes pour la mousse, si nous comparons la diérence de pression ∆P mesurée avec la diérence de pression ∆P^◦ pour le mélange eau/tensio-actifs à même débit imposé. Nous remarquons, en eet, que la diérence de pression ∆P induite par une mousse peut être 200 fois plus importante qu'avec l'eau pour des nombres capillairesCa∼10⁻⁵ à 20 fois plus importante pour Ca∼10⁻⁴. Les réductions de mobilité sont plus faibles que dans le chapitre 5 avec des pores plus petits. Cela s'explique du fait que l'expression de ∆P_b pour une bulle est inversement proportionnel à la largeur des pores l_p.

De plus, nous pouvons remarquer que la présence de dodécane ne change pas les valeurs de réduction de mobilité de manière signicative. En eet, nous avons commencé par une série d'expérience àf_o= 0, de sorte à n'avoir qu'un écoulement de mousse dans le milieu et de nous en servir comme référence. En augmentant progressivement le débit de dodécane, nous notons, pour des nombres capillaires Ca∼10⁻⁵, une baisse de réduction de mobilité allant jusqu'à un facteur 2, pour un débit fractionné en dodécane f_oallant de 0 à 0,50. En

revanche, plus le nombre capillaire croît, plus l'écart de réduction de mobilité, à diérent

fo, diminue.

Cela se répercute sur les valeurs des exposants des lois de puissances. Pourf_o =0, nous retrouvons un comportement rhéouidiant de la mousse, marqué par une diminution de la réduction de mobilité en fonction de Ca avec un exposant de -0,75. Nous retrouvons la même valeur que dans le chapitre 5 pour des écoulements de mousse de qualitéf_g >0,76. En revanche, nous constatons que l'eet rhéouidiant s'atténue au fur et à mesure que nous augmentonsfo, avec une pente augmentant jusqu'à une valeur de -0,55 pourf_o =0,50. Par conséquent, le dodécane a peu d'inuence sur la réduction de mobilité et le fait que celle-ci diminue progressivement avec l'augmentation de f_o indique qu'il n'y a pas de déstabilisation, où la transition serait plus abrupte. De plus, visuellement, la mousse en co-écoulement avec le jet d'huile reste stable. Cela vient donc d'un problème de transport. Si f_o= 0, dans ce cas, pour des nombres capillaires de l'ordre de 10⁻⁵, nous devons nous trouver dans un régime Seuil, d'après le chapitre 5, où ∆P ne dépend pas de Ca. Ce cas de gure conduit à une pente de -1 sur le graphe de réduction de mobilité en fonction de Ca. Par ailleurs, plus f_o augmente et plus nous diminuons le nombre de chemins à travers lesquels les trains de bulles peuvent circuler. Il en résulte, pour un même débit de mousse injecter, une augmentation du nombre capillaire local Ca_loc dans les chemins parcourus par les bulles. Ainsi, cela peut à la n amener à franchir un nombre capillaire critique Cac= 10⁻⁴. Nous nous trouvons alors dans un régime Bretherton où∆P dépend de Ca2/3 amenant, sur le graphe, à une pente de -0,33. Une augmentation de f_o engendre ainsi une augmentation de la pente comme le graphe de la gure 7.4 le souligne.

7.3.2 Balayage du dodécane par une injection de mousse.