Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Geological storage of CO2 is one of diverse technologies being explored to reduce atmospheric carbon fromindustrial processes (i.e. fossil fuel combustion). One of the specific features of CO2 injection is the possibility ofgeochemical reactions (dissolution – precipitation) between mobile reactive brine (e.g. formation water enrichedin CO2) and the host rock during the spatial and temporal evolution of CO2. That leads to modifications in thepore structure, which in turn change the flow dynamics of the reservoir (e.g. the permeability k). Then, thesesstructural modifications can largely control the injectivity, so that the pressure field in the reservoir and also theCO2 propagation. Accordingly, it is crucial to explore the changes in the reservoir properties (e.g. structural andhydrodynamic) induced during a CO2 injection and specially the relationships between them (e.g. k or reactivesurface-Sr versus porosity-φ , k versus rock heterogeneity), for developing predictive modelling tools of thetransport and reaction processes occurring during a CO2 injection and reliable risk assessment. In the case ofcarbonate rocks, the application of the predictive models of transport and reaction is still challenging, because oftheir high heterogeneity so that the incertitude in the reaction kinetics of carbonate minerals.From this perspective, we realized brine-enriched in CO2 percolation experiments through carbonate rocksamples in thermodynamic conditions expected during CO2 injection in deep reservoirs (T = 100°C et P =12MPa). The permeability changes k(t) is monitored during the experiments and the porosity variationφ (t) iscalculated from chemical analyses of the sampled outlet fluids, using ICP-EAS. The pore structure modificationsare investigated from high resolution X ray micro tomography images acquired from the synchrotron ofGrenoble (ESRF). Depending to the dissolution regime, controlled by the reservoir rock fabric and the chemicalcomposition of the brine (e.g. PCO2), we observed that a modification of pore structure can either improve(atypical result in dissolution context) or impair the value of the permeability k.
Le stockage géologique du CO2 est l’une des diverses technologies étant explorées afin deréduire les émissions de carbone atmosphérique des processus industriels (i.e. combustion del’énergie fossile). L’une des spécifiques caractéristiques de l’injection du CO2 en profondeurreste la possibilité de réactions géochimiques (dissolution-précipitation) entre la saumureréactive mobile (e.g. eau de formation enrichie en CO2) et la roche encaissante durantl’évolution spatiale et temporelle du CO2, conduisant à des modifications dans la structure despores et par conséquent dans les propriétés d’écoulement du réservoir (e.g. la perméabilité k).Donc, ces changements structuraux peuvent largement contrôler l’injectivité, ainsi que lechamp de pression dans le réservoir et aussi la propagation du CO2. Il demeure ainsi cruciald’explorer les changement dans les propriétés de réservoirs (e.g. structurales ethydrodynamiques) induits durant une injection de CO2 et explicitement les relations existantesentre eux (e.g. k ou surface réactive-Sr versus porosité-φ , k versus hétérogénéité de la roche),afin de développer des outils de modélisation prédictive des processus de transport etréactionnels se produisant durant une injection de CO2 et d’évaluer de façon fiable les risques.Dans le cas des réservoirs carbonatés, l’application des modèles prédictifs de transport réactifdemeure toujours un enjeu, car contrainte par la forte hétérogénéité en leur sein ainsi que parl’incertitude dans la cinétique de réactions des minéraux carbonatés dans ce contexte. Danscette optique, nous avons réalisé des expériences de percolation à travers des échantillons deroches carbonatées dans les conditions thermodynamiques de stockage en profondeur (T =100°C et P =12 MPa). L’évolution de la perméabilité k(t) est suivie au cours desexpériences ; et la variation de la porosité φ (t) est calculée à partir des résultats d’analyseschimiques au ICP-AES des fluides de sortie échantillonnés. L’investigation des modificationsapportées à la structure des pores est réalisée par le biais de la Micro-Tomographie hauterésolution à rayon X, acquise au synchrotron de Grenoble (e.g. ESRF).Dépendant du régime de dissolution, contrôlé par la fabrique de la roche réservoir et lacomposition chimique de la saumuré chargée en CO2 (e.g. PCO2 engagée), on a observéqu’une modification de la structure de la roche peut soit améliorer soit détériorer (résultatatypique en contexte de dissolution) la valeur de la perméabilité k.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The heterogeneous nature and sometimes karstified carbonate environments has a direct impact on many environmental issues, such as coastal aquifers affected by saltwater intrusion. At the south of the island of Mallorca (Spain), the Llucmajor carbonate platform offers a privileged site for the study of such intrusions including the experimental site of Campos who meets the intrusion at shallow depth. The characterization of heterogeneous properties passes through a preliminary description of the properties of carbonate reservoirs, including those of the porosity. According to the wide range of sizes of heterogeneities from micrometer to hundreds of meters, the use of multiscale methods is required. This thesis focused on the determination of multiscale porosities from the microporosity to karstic porosity, and of relationships between observation scale changes of these properties. At the micron scale, high-resolution X-ray microtomography allows to extract the microporosity and the microporous network connectivity. At lower resolution (mm), X-ray tomography is also used to study the micro- and macro-porous network at the core scale which is already allocated to number of observations and measurements, including petrophysical. At the borehole scale, the wall images are used to identify the dissolved zones from centimeter macropores to plurimetric karstic cavities. At the larger scale, surface geophysics study the lateral extension of the karsts and heterogeneities. Finally, the porous structure of the studied site is integrated with its wide range of scales into the regional geology of the Llucmajor platform. Thus, the hydrogeophysical observatory set up on the site of Campos to monitor the spreading of salt water in the aquifer is integrated in its geological and petrophysical context, in order to refine the interpretation of its variations of salinity measurements during the time.
La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.
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