caractérisation expérimentale de l'évolution des ... · et de saumure injection d'une...

CO2 maîtrisé | Carburants diversifiés | Véhicules économes | Raffinage propre | Réserves prolongées

Direction Ingénierie de Réservoir – CFMR – Avancées en mécanique des roches expérimentale – 10/06/2010©IF

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Caractérisation expérimentale de l'évolution des propriétés géomécaniques des roches sous l'effet de l'injection de CO2

Elisabeth BemerJean-Marc LombardMinh Tuan Nguyen

Direction Ingénierie de Réservoir – CFMR – Avancées en mécanique des roches expérimentale – 10/06/20102

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Plan de la présentation

� Contexte� Roches étudiées� Méthode d'altération homogène� Caractérisation géomécanique� Évolution de la porosité� Évolution de la perméabilité� Évolution de la résistance à la rupture� Évolution des modules élastiques� Conclusion et perspectives


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www.total.com

Contexte de l'étude

� Injection de CO2

supercritique

� Dissolution progressive du CO2 dans la saumure

� Réactions géochimiques avec la roche réservoir

� Effet sur les propriétés pétrophysiques et géomécaniques?

Stockage géologique du CO2


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Injection de CO2 supercritique

Zone 1 :quasi saturée

en CO2 gazeux

Assèchement

Conditions initiales

Zone 2 :mélange diphasique

Phénomènes de dissolution / précipitation

Figures de dissolution non

homogènes

Zone 3 :saturée par une

saumure acidifiée enrichie en CO2


Dissolution homogène

Phénomènes attendus


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Co-injection de CO2 supercritique

et de saumure

Injection d'une saumure saturée

en CO2

Évolution des propriétés hydromécanique sous l'effet d'une altération chimique


Figures de dissolution fonction du débit d'injection

� Caractérisation géomécanique : échantillons intacts et altérés assimilables à un VER

� Développement d'une méthode d'altération homogène

� Étude expérimentale concernant le comportement attendu à long terme loin du puits


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Roches étudiées

� Calcaire du Comblanchien� site de Charmottes (profondeur : 1820 m)

� porosité : 14,7%±0.8%� perméabilité intrinsèque : 2-20 mD

� Calcaire de Lavoux jaune� Lavoux C1 : porosité de 17,3%±0.9%

� Lavoux C2 : porosité de 20,5%±0.9%

� perméabilité intrinsèque : 150-250 mD

� Calcaire d'Euville� porosité : 17,3%±1,1%

� perméabilité intrinsèque : 90-150 mD

Propriétés pétrophysiques Lavoux C2 3Combl. 4-1 dV

Euville B1


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Roches étudiées

� Calcaire de Saint-Maximin (RFF)� porosité : 35,6%±1,9%

� perméabilité intrinsèque : ~50 mD

� Zone de transition� site de Charmottes (profondeur comprise

entre 2004 et 2011 m)

� porosité comprise entre 2,2% et 5,3%

� perméabilité intrinsèque : 0,1-17,6 µD

� Calcaire de Tavel� porosité : ~10%

� perméabilité intrinsèque : 0,8-2,5 µD

Transition 109-1-1 dV

RFF1_BPropriétés pétrophysiques


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Méthode d'altération homogène

� Traitement à l'Acide Retard :� injection d'acide "frais"

dans l'échantillon

� activation par chauffage (60°C)

� balayage à la saumure

� Réalisation de plusieurs TAR en fonction du niveau d'altération chimique recherché

∆pp

Saumure

Collecteur de fluide

Étuve

Nettoyage dela face d'entrée

Acide retard

Attaque acide

standard

Traitement à l'acide retard

Échantillon intact Calcaire

de Lavoux


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Caractérisation géomécanique

Essai triaxial standardÉtape 1

Caractérisation géomécanique àl'état intact en condition saturée

Étape 2

Caractérisation géomécanique àl'état altéré en condition saturée

Altération géochimique

ca pq −= σpca p

pp −+=

32

'σ

pp aval

pp amont

σa

Frittés poreux

Échantillon

Gainepc


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Évolution de la porosité

� Niveau d'altération fonction de la porosité initiale

� Problématique des échantillons de très faible perméabilité :� temps d'injection longs

� suppression de la phase de balayage à la saumure ⇒ effets de bord

Comblanchien 4-2 bV

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 20 40 60 80

Distance à la face d'injection (mm)

Por

osité

avant altération

après altération (6 TAR)

∆Φ = 1,9%

Zone de transition 109-1-1 dV

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 20 40 60 80


Por

osité

avant altération


∆Φ = 1,3%

RFF1_B

20%

25%

30%

35%

40%

45%

0 20 40 60 80


Por

osité

avant altération


∆Φ = 2,4%

Tavel 1

12%

13%

14%

15%

16%

17%

0 20 40 60 80

Distance à la face d'injection (mm)P

oros

ité

avant altération


∆Φ = 0,3%


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P

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

1-1 d 2-1 b 2-1 d 3-2 a 3-2 b

Référence de l'échantillon

Por

osité

6 T

AR

Zone de transition

6 T

AR

17%

18%

19%

20%

21%

22%

23%

24%

25%

6 1 7 5 3 12 22 11 13 14 20 A E


Por

osité

Lavoux C2

3 T

AR

6 T

AR

6 T

AR

3 T

AR

14%

15%

16%

17%

18%

19%

20%

21%

22%

2 8 10 9 4


Por

osité

Lavoux C1

6 T

AR

4 T

AR

13%

14%

15%

16%

17%

18%

19%

20%

21%

4-1 fV 4-2 aV 4-1 eV 4-1 dV 4-1 cV 4-2 bV


Por

osité

6 T

AR

Comblanchien

6 T

AR

6 T

AR

Évolution de la porosité


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Évolution de la perméabilité

� Mesure au sein du dispositif d'altération� Pas de tendance claire après trois cycles d'altération� Augmentation de la perméabilité après six cycles d'altération� Identification d'un possible déplacement de fines

Euville B13

0

40

80

120

160

200

100 200 300 60 200 60 100 60 100 200 60

Débit d'injection (cc/h)

Per

méa

bilit

é (m

D)

Avant altération

Après altération (3 TAR)

Euville B1

0

50

100

150

200

250

60 60 100 200 100 200 100 150 60 100 150 60 100

Débit d'injection (cc/h)

Per

méa

bilit

é (m

D)

Avant altération

Après altération (6 TAR)


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Évolution de la résistance à la rupture

� Problématique des échantillons de très faible perméabilité :� temps de resaturation très longs

pression de pore non uniforme ⇒ condition de drainage mixte⇒ incertitude supplémentaire

� Comportement à l'état intact :� rupture fragile pour les faibles

confinements

� cohérence globale du niveau de résistance par rapport à la porosité des formations étudiées

� résistance du calcaire d'Euville inférieure aux tendances

0

25

50

75

100

125

0 25 50 75

p' (MPa)

q (M

Pa)

Comblanchien Lavoux C1

Lavoux C2 EuvilleChemin de chargement

Porositéplus faible

Rupture ductile

Résistance à la rupture à l'état intact


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Évolution de la résistance à la rupture

� Diminution de la résistance à la rupture pour les formations réservoir : calcaire du Comblanchien et calcaire de Lavoux

� Pas d’effets notables sur la zone de transition� Effet du nombre de cycles non quantifiable

0

25

50

75

100

125

0 25 50 75

p' (MPa)

q (M

Pa)

Comblanchian0

25

50

75

100

125

0 25 50 75

p' (MPa)q

(MP

a)

Lavoux C1

0

50

100

150

200

250

0 50 100

p' (MPa)

q (M

Pa)

Zone de transition

0

25

50

75

100

125

0 25 50 75

p' (MPa)

q (M

Pa)

Lavoux C2


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Évolution des modules élastiques drainés

� Diminution de la raideur pour les formations réservoirs : calcaire du Comblanchien et calcaire de Lavoux

� Diminution de la raideur plus marquée pour le calcaire du Comblanchien

� Légère diminution de la raideur de la zone de transition ?

0

5

10

15

20

25

0% 5% 10% 15% 20% 25%

Porosité

Ko (G

Pa)

0

5

10

15

20

25

0% 5% 10% 15% 20% 25%

Porosité

G (G

Pa)

Lavoux C1 intact

Lavoux C1 altéré

Lavoux C2 intact

Lavoux C2 altéré

Comblanchien intact

Comblanchien altéré

Zone de transition intact

Zone de transition altéré


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� Comparaison avec les tendances naturelles� Lois Ko(Φ) et G(Φ) pour les carbonates

Lavoux C1 intact

Lavoux C1 altéré

Lavoux C2 intact

Lavoux C2 altéré

Comblanchien intact


0

20

40

60

80

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Porosité

Ko (G

Pa)

0

10

20

30

40

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Porosité

G (G

Pa)


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� Comparaison avec les tendances naturelles� Lois Ko(Φ) et G(Φ) pour les carbonates

� Affaiblissement sous altération chimique sortant des tendances naturelles associées à une simple augmentation de porosité pour le calcaire du Comblanchien...

Lavoux C1 intact

Lavoux C1 altéré

Lavoux C2 intact

Lavoux C2 altéré

Comblanchien intact


0

10

20

30

40

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Porosité

G (G

Pa)

0

20

40

60

80

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Porosité

Ko (G

Pa)


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Conclusion et perspectives

� Observation de tendances nettes d'affaiblissement mécanique sous l'effet d’une altération chimique pour les roches réservoir

� Poursuite de la démarche actuelle sur différentes formations :� extension du jeu de données sur l'évolution des propriétés

géomécaniques des roches sous l'effet d'une altération chimique

� mesures complémentaires : RMN, mesures pétroacoustiques

� Caractérisation de l'évolution de la microstructure sous l'effet d'une altération chimique :� dégradation de mini-échantillons observables sous micro-scanner

� lames minces, MEB� objectif : lien avec l'évolution des propriétés macroscopiques

� Comparaison des effets de l'acide retard et d'une saumure acidifiée par du CO2

caractérisation expérimentale de l'évolution des ... · et de saumure injection d'une...

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