Évolution des propriétés pétrophysiques d'écoulement pendant une injection de CO2 et impact induit au niveau de l'injectivité, Changes in petrophysical properties during a CO2 injection and resulting impact on the injectivity

AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL: mailto:scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4 e la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
THÈSE DE DOCTORAT
présentée à
l'IFP
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
École doctorale : Énergie Mécanique et Matériaux
Spécialité : Mécanique et Énergétique
École - Laboratoire : E.N.S.E.M - LEMTA

par

Lionnel ALGIVE

Sujet de la thèse :
ÉVOLUTION DES PROPRIÉTÉS PÉTROPHYSIQUES
D'ÉCOULEMENT PENDANT UNE INJECTION DE CO ET 2
IMPACT INDUIT AU NIVEAU DE L'INJECTIVITÉ

Soutenue le 06 Novembre 2009 devant la commission d'examen :

P. ADLER, Directeur de Recherche, UPMC Rapporteur
D. BERNARD, ICMCB
P. EGERMANN, Chef Groupe Recherche, GDF Examinateur
O. VIZIKA, Directrice de division, IFP Examinatrice
S. BEKRI, Ingénieur de Recherche, IFP Co-directeur de thèse
M. FOURAR, Recteur académique, LEMTA Directeur de thèse 2 Entre
Ce que je pense
Ce que je veux dire
Ce que je crois dire
Ce que je dis
Ce que vous avez envie d'entendre
Ce que vous croyez entendre
Ce que vous entendez
Ce que vous avez envie de comprendre
Ce que vous croyez comprendre
Ce que vous comprenez
Il y a dix possibilités qu'on ait des difficultés à communiquer.
Mais essayons quand même...
La nouvelle encyclopédie du savoir relatif et absolu –
Bernard WEBER

3 4 Remerciements

A l’heure de ces mots, c’est officiel : je suis docteur. Avec un brin de nostalgie, je peux
maintenant revisiter ces trois années de peines et de joies afin de remercier ceux qui ont compté.

Je souhaiterais commencer par adresser mes salutations aux membres du jury qui m’ont délivré
le précieux sésame. Merci à mes rapporteurs, P. Adler et D. Bernard, et aux examinateurs, P. Egermann
et O. Vizika, pour m’avoir fait l’honneur de juger mes travaux. J'exprime en particulier ma gratitude à
P. Adler pour avoir présidé mon jury. Je remercie mon directeur, M. Fourar, pour la confiance qu’il
m’a accordée durant ces trois années. De même, merci à l’Institut National Polytechnique de Lorraine,
et plus spécifiquement à l’école doctorale EMMA, d’avoir accepté ce doctorat. Ma gratitude à l’IFP et
à l’ANR pour avoir subventionné mes travaux. Mes chaleureux remerciements à Samir Bekri, mon co-
directeur de thèse IFP. Son encadrement et ses conseils seront bénéfiques pour la suite de ma carrière.
Je voudrais aussi témoigner ma gratitude à l’ensemble du personnel du département
« Pétrophysique » pour son accueil. Une mention spéciale à Mme Vizika pour avoir pris le temps de
suivre mes recherches malgré les contraintes que son poste de directrice lui imposait. Mes sincères
salutations à Joëlle, Marie-Claude et Danilo pour m’avoir aidé lors de mes laborieuses recherches
expérimentales. Merci à ce sujet à Michel Robin pour l’intérêt porté à mes travaux sur micromodèles.
Son intervention a été couronnée par la publication d’un brevet. Je tiens à remercier Frédéric, le
stagiaire que j’ai eu le plaisir d’encadrer. Son travail sur la marche aléatoire m’a permis d’arriver
rapidement à des résultats concrets. J'adresse aussi ma reconnaissance aux secrétaires IFP, Delphine,
Myriam, Sabine et Sylvie, et INPL, C. Denis et N. Wolstroff, pour m'avoir guidé lorsque j'étais perdu
dans les méandres administratifs. Enfin, la liste étant trop longue, salutations à ceux que j’ai côtoyés.
Il est temps maintenant de remercier le cercle des proches. Pour commencer, honneur au plus
ancien (par l’antériorité de notre connaissance, rien à voir avec l’âge) : Yannick le sympathique.
Courage pour la fin. Pense à travailler ton moonwalk pour le jour de la soutenance. Hommage à
Dr. Sandra pour son aide et son amitié. La sigmoïde de son initiale était de bonne augure pour la
résolution de mes problèmes techniques. Encore merci pour cela et gare aux lapins ! Bonne chance à
Guillaume pour la suite de sa thèse. J’ai aimé discuter avec ce tempérament à la fois actif et réfléchi.
Merci aussi à Marianna pour sa bonne humeur. J’espère que tu te plairas à Pau. Clin d’œil à mon
successeur Clément. Je ne doute qu’il ne réussisse à faire avancer la Science… J’en profite aussi pour
saluer les nouveaux thésards Noralid et Valentin. Have Fun !
Pour terminer, merci à ma compagne adorée, Caroline, de m’avoir soutenu pendant ces trois
ans. Entendre mes pérégrinations de recherche ne fut pas de tout repos, j’en conviens. Mais elle n’a
jamais eu à être jalouse d’une certaine « Dame Color »… Une pensée à son frère, Sébastien, pour la
citation, ainsi qu'à mes parents pour leur soutien discret mais sans faille.

Voilà, une page de ma vie est tournée. Il est temps pour vous d’en faire autant avec ce mémoire.
Bonne lecture.
5
6
Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE ..................................................................... 15
INTRODUCTION............................................................................................................................................... 16
1 CONTEXTE 16
2 PROBLÉMATIQUE...... 17
3 OBJECTIFS................ 19
4 STRATÉGIE............... 19
ÉTAT DE L'ART................. 21
1 MODÈLES ANALYTIQUES ......................................................................................................................... 22
2 MODÈLES NUMÉRIQUES........................................................................................................................... 23
2.1 Représentation du milieu............................................................................................................... 23
2.1.1 Approche du continuum............................................................................................................................ 23
2.1.2 Modèles reconstruits.. 23
2.1.3 Approche du réseau de pores.................................................................................................................... 24
2.2 Résolution du transport réactif...................................................................................................... 24
2.2.1 Marche aléatoire ....................................................................................................................................... 24
2.2.2 Différences ou éléments finis ................................................................................................................... 24
3 LOI CINÉTIQUE RÉELLE OU LINÉARISÉE ?................................................................................................. 25
4 DOMAINES DE RECHERCHES VOISINS ....................................................................................................... 26
4.1 Interactions roche/fluide dans les milieux fracturés ..................................................................... 26
4.2 Phénomène de wormholing ........................................................................................................... 26

PARTIE I À L'ÉCHELLE DU PORE.................................................................................. 27
NOMENCLATURE............. 28
DESCRIPTION MICROSCOPIQUE DU TRANSPORT RÉACTIF............................................................ 30
1 MISE EN ÉQUATIONS................................................................................................................................30
1.1 Équations de l'écoulement............................................................................................................. 30
1.2 Équations de transport.................................................................................................................. 31
1.2.1 Éq