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Dans cette partie, nous présentons les différentes mesures expérimentales effectuées, les calculs utilisées et les différentes procédures suivies pour chaque mesure.

3.2.1. Mesures de porosité

La mesure de porosité a été effectuée de trois façons :

- Par pesée : de l’échantillon sec et puis complètement saturé en saumure. La porosité est déterminée par :

(108)

Où Vmorts représente le volume additionnel dans les tubes de connexion du montage, qui ne

participent pas à la porosité du milieu poreux. Véchantillon est le volume de l’échantillon calculé

Chapitre 3 : Étude et procédure expérimentale

75 - Par traçage miscible en écoulement monophasique : Elle permet de caractériser

le comportement dispersif du milieu poreux. Ainsi, nous utilisons deux salinités différentes de saumure : du 20g/l et du 40g/l de KI (Iodure de potassium). Les débits d’injection sont calculés pour des nombres de Péclet proches de l’unité.

(109)

Où U est la vitesse d’écoulement, D est le coefficient de dispersion, et dp est le diamètre de

particules. Pe est le nombre de Péclet.

En traçant l’évolution temporelle de la densité relative du fluide en sortie du milieu poreux (Figure 45), on peut évaluer son volume de pore et donc sa porosité.

Figure 45: Illustration du traçage miscible en écoulement monophasique d'un échantillon Richemont

- Par rayonnement gamma : Grâce aux mesures locales d’atténuation gamma de l’échantillon sec puis de l’échantillon saturé, et grâce aux équations (Beer-Lambert, voir Annexe A) d’atténuation permettant de calculer la fraction de fluide traversée sur l’épaisseur de l’échantillon traversé, on peut déduire localement la porosité. Une moyenne sur tous les points mesurés permet d’établir une porosité moyenne de l’échantillon. De ces mesures, on peut aussi observer l’évolution de la porosité sur chaque génératrice de mesure et ainsi identifier des zones éventuelles d’hétérogénéité.

Chapitre 3 : Étude et procédure expérimentale

76 Figure 46: Illustration du profil de porosité obtenu par atténuation gamma sur un échantillon

de calcaire de Richemont

3.2.2. Mesures de compressibilité des échantillons saturés

Cette mesure, effectuée sur les échantillons saturés en saumure, permet de vérifier le volume de gaz présent dans l’échantillon après saturation (qui peut être due à une mauvaise saturation en saumure). L’échantillon saturé en saumure est connecté via un tube transparent saturé lui aussi en saumure, à une bouteille de gaz. Ayant fermé l’aval de l’échantillon et ouvert l’amont connecté à la bouteille via le tube, on applique plusieurs paliers de pressions (à température constante) puis on mesure les déplacements de saumure dans le tube. En utilisant l’équation d’état des gaz parfaits, on peut déterminer le volume de gaz présent dans l’échantillon :

(110)

3.2.3. Mesures de perméabilités absolues et effectives

Dans notre étude, les mesures de perméabilités en général ont été effectuées en configuration horizontale. On néglige alors les effets de pesanteur. En utilisant les équations de Darcy en 1D on a :

- Perméabilités absolues au gaz (Kg)

Le modèle 1D de Darcy pour les écoulements de gaz compressibles s’écrit (à température constante) :

(

) (111)

Où P1 et P2 sont respectivement les pressions en amont et aval de la longueur L sur laquelle

est effectuée la mesure de pression, A est la section de l’échantillon.

On mesure la perte de charge à plusieurs débits de gaz (par paliers croissants puis décroissants) et on trace la courbe de la fonction définie par l’équation 112. Les deux droites obtenues permettent, par leurs coefficients directeurs, de calculer la perméabilité au gaz.

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( ) (112)

Des calculs ont montré que les effets Klinkenberg (Klinkenberg, 1941) étaient négligeables pour les pressions moyennes utilisées lors des mesures de perméabilités au gaz.

- Perméabilités absolues à la saumure (Kw)

On écrit le modèle 1D de Darcy pour les fluides incompressibles en écoulements monophasiques horizontaux :

(113)

Tout comme les perméabilités au gaz, on fait varier les débits (par paliers) de saumure dans l’échantillon et on mesure la perte de charge. Le tracé du débit en fonction de la perte de charge permet de déterminer la perméabilité absolue de l’échantillon. L’acquisition de la perte de charge est effectuée sur les prises de pressions intermédiaires et sur les prises de pressions aux extrémités (pour les échantillons parallélépipédiques).

- Perméabilités effectives

Elles sont mesurées en écoulements diphasiques aux états stationnaires (étant donné que nous utilisons la méthode des écoulements permanents). On utilise les équations de Darcy pour déterminer les perméabilités effectives de chaque fluide. En toute rigueur, nous devrions mesurer la perte de charge dans chacun des fluides car des différences peuvent être observées en cas d’effets d’extrémités, d’hétérogénéités locales, etc. Dans notre étude, les mesures de profil de saturation par rayonnement gamma ne montrent aucune hétérogénéité dans l’échantillon et des profils homogènes de saturations. On peut donc admettre que la perte de charge est la même dans les deux phases (Dana et Skoczylas, 2002). Ainsi, le calcul des perméabilités effectives permet donc, avec une perméabilité de référence, de calculer directement les perméabilités relatives.

3.2.4. Mesures de saturations et production

Les calculs ou mesures de saturations moyennes dans les échantillons sont effectués de deux façons. Pour les échantillons cylindriques, elles ne sont effectuées que par mesures de volumes des phases produites. Pour les échantillons parallélépipédiques, elles sont effectuées par rayonnement gamma et validées par la mesure des volumes produits. Le mode opératoire de chacune des mesures est décrit ci-dessous :

- Par mesure des volumes produits

La mesure des volumes produits prend en compte les volumes de phases présentes dans les volumes morts du montage expérimental. Ne pouvant pas connaitre avec précision leur répartition dans ces volumes morts, nous avons donc émis l’hypothèse que ces volumes sont occupés dans les mêmes proportions que les débits fractionnaires utilisés.

- Par rayonnement gamma

Le calcul de saturations et les incertitudes liées à la mesure sont présentés dans l’Annexe A. Le profil de saturation est établi par calcul de la saturation moyenne sur chaque section mesurée (Figure 47). Pour notre étude, nous avons effectué des comptages à l’Américium (Am241) avec des comptages qui variaient de 6 min à 10 min mais constants par échantillon.

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78 Figure 47: Illustration d'un profil de saturation après co-injection (Esta3)