Revue bibliographique

Peu de comparaisons existent entre l'ultracentrifugation et l'injection de mercure dans la littérature et les conclusions observées diffèrent d'un auteur à l'autre :

..,. Purcell (1949 obtient une réconciliation entre les injections de mercure et les systèmes eau/huile (méthode des états restaurés) ou gaz/eau à condition de prendre un angle de contact de Hgv=0° (Hg1

=180°) pour le couple Hgvap-Hg injections de mercure et les couples eau/huile ou eau /gaz malgré le fait que l'angle de contact classique appliqué Hgv est de 40° (Hg1=140°). La plage de perméabilité au gaz s'étale de 15 à 1000 mD .

...,. Melrose (1965) a montré sur des échantillons de grès de Berea que le système Hgvap-Hg mène à une saturation plus faible de la phase mouillante dans la zone des hautes pressions capillaires par rapport au système eau-gaz quel que soit la technique utilisée pour une plage de perméabilité au gaz s'étalant de 500 à 1000 mD .

...,Concernant des faciès carbonatés (Kg de 4 à 10 mD), Masalmeh (2004) montre qu'à une pression capillaire donnée, et normalisée entre les deux couples de fluides, de plus faibles saturations en phase mouillante sont enregistrées dans le couple eau-huile par rapport à un couple Hgvap-Hg .

...,. Newsham et al. (2004) notent que la comparaison dans des sables fins (Kg de 1 à 1.10·⁵ mD) entre les courbes obtenues par ultracentrifugation (associée à une désorption capillaire pour les hautes pressions) et celles obtenues par injection de mercure révèle souvent un décalage: «Cette différence est particulièrement importante dans les faibles saturations où le mercure sous-estime significativement la saturation résiduelle en eau ». Les auteurs ajustent les courbes par modification du terme crcose dans l'équation de Young Laplace mais n'offrent pas d'explication quant à la source de 1' erreur. Cependant Wells ( 1985) indiquent des résultats inverses.

Si l'on se réfère aux études publiées par la compagnie TOTAL, quatre articles mettent en évidence des différences entres les deux méthodes. Reprenons les conclusions de Sabatier et al. (1994) reliées à notre recherche pour des échantillons offrant des perméabilités au gaz allant de 7 à 600 mD :

...,. Les injections de mercure ne sont pas représentatives des pressions capillaires eau/huile ou eau/gaz pour des milieux poreux riches en argile.

ET DE LA MOUILLABILITE SUR LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DANS LES RESERVOIRS PETROLIERS,

..,.. Les pressions capillaires mesurées en système eau/gaz ne sont pas adaptables à un système eau/huile.

Sabatier (1994) et Hamon et al. (1997) confinnent que les saturations en phase mouillante sont plus faibles par le biais des injections de mercure comparativement au système eau-huile dans la zone des hautes pressions capillaires. Il en résulte que plus le milieu devient fin et microporeux (argile, craie, micrite ... ) plus les décalages apparaissent importants et ceci pour des couples eau/huile mais aussi eau/gaz.

Bouvier et al. (1991) ont comparé des mesures de pression capillaire effectuées par injection de mercure et des états restaurés sur des carbonates oolithiques à double porosité. Dans la zone des faibles pressions capillaires (c'est-à-dire dans la macroporosité) les injections de mercure surestiment la saturation en eau par rapport aux états restaurés ceci étant attribué à la légère mouillabilité à l'huile des faciès utilisés (Fig. 149). Ce comportement ressemble effectivement à celui du faciès R3 composé de vacuoles plus ou moins connectées associées à de la microporosité (Fig. 150).

2

50 60 70 80

Hg eau-huile

90 Saturation en eau ou vapeur de mercure (% VP)

100

Fig. 149 : Courbes de pression capillaire pour les basse pressions capillaires en couple eau-huile et Hgvap-Hg (d'après Bouvier, 1991).

Fig. 150 :Décalage inversé des courbes de premier drainage pour le faciès R3 dans la zone des basses pressions capillaires (Ma : couple eau-huile ; MICP : couple Hg,.,/Hg}. Les images tomographiques indiquent

la macroporosité d'origine vacuolaire sur les différents échantillons.

Greder et al. (1997) comparent les injections de mercure avec les états restaurés sur une quarantaine d'échantillons gréseux et carbonatés (offrant des perméabilités au gaz allant de 1 à 3000 mD). Leurs conclusions sont les suivantes:

·CARBONATES MICROPOREUX: INFLUENCE DE L'ARCHITECTURE DU MILIEU POREUX

... Les saturations par injection de mercure offrent une saturation irréductible plus faible comparativement au couple eau/huile .

...,.. Les courbes de pression capillaire obtenues par injection de mercure et ultracentrifugation pour des grès homogènes, lavés et sans argile sont presque superposées .

...,.. L'hétérogénéité du milieu amène à un piégeage important dans un système eau-huile, l'eau ne pouvant être expulsée .

...,.. L'écart augmente lorsque la perméabilité diminue et le décalage s'exprime essentiellement dans la partie asymptotique de la courbe de pression capillaire.

En résumé, certains observent des concordances entre les deux couples de fluides alors que d'autres études révèlent des différences. Ces dernières sont en accord avec les observations menées au cours de cette étude tandis que d'autres mettent en évidence des comportements inverses. Les décalages majeurs sont observés dans la zone de saturation irréductible et les fortes différences observées sur le plateau ont uniquement été relevées sur nos mesures. Il s'en suit que le désaccord s'exprime surtout dans les milieux les plus fins.

La technique et le couple de fluide réagissent donc différemment en fonction du milieu étudié et il semble donc réellement exister une explication phénoménologique à ces décalages. Les Fig. 151 et Fig.

152 mettent en évidence quelques différences importantes entre les deux couples de fluides utilisés au cours de cette étude pour les mesures de pression capillaire. De ce fait, les décalages entre les injections de mercure et les ultracentrifugations pourraient être induits soit par :

...,.. La présence d'une zone de contact triple dans le cas du mercure et son absence pour un couple eau/huile .

...,.. L'utilisation de deux couples de fluides pour lesquels l'adsorption de la phase mouillante a des mécanismes différents. En effet, l'équilibre liquide-vapeur résultant de l'utilisation de deux plages d'une même fluide permet la résorption locale des films de la phase mouillante alors que dans le couple eau-huile la réduction des films d'eau lors d'une augmentation de la pression capillaire necessite d'assurer à la fois la continuité de la phase mouillante et des durées d'écoulement étendues en raison de la faible viscosité de la phase et de très faibles perméabilités effectives liées à la faible épaisseur des films.

Afin de vérifier la validité de ces hypothèses il est nécessaire de :

...,.. localiser la fraction du milieu poreux dans laquelle interviennent les décalages .

..,. identifier l'influence d'une inlt:rface triple sur les courbes de pression capillaire obtenues par injection de mercure .

...,.. identifier l'influence de la capillarité et des films pelliculaires à différentes échelles d'investigation.

Mais la première étape consiste à s'assurer de la bonne représentativité de la méthode d'acquisition par ultracentrifugation.

ET DE LA MOUILLABILITE SUR LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DANS LES RESERVOIRS PETROLIERS.

Viscosité

Système Phases phase mouillante Drainage Interface

Eau

1 .

g-liq Faible Triple

Phase mouillante

Fig. 151 : Caractéristiques des différents couples de fluides au sein d'un drainage dans un milieu poreux à mouillabilité franche à l'eau. Les flèches indiquent le remplacement d'une phase par une autre (g:

gaz ; 1 : liquide).

Film pelliculaire Ligne de contact triple

Fig. 152: Schéma comparatif sur une section de capillaire carrée entre le couple Hgvap/Hg et le couple Huile/eau. Notez l'absence d'interface triple dans le cas du système eau-huile (dans le cas d'un substrat

franchement mouillable à l'eau) et de films pelliculaires dans le cas du système Hg,.aJHg.

VI 4 Ultracentrifugation : vérification des erreurs potentiellement induites par