influence dune couche de polym¨re adsorb© sur des ©coulements diphasiques (gaz/eau) en...

Download Influence dune couche de polym¨re adsorb© sur des ©coulements diphasiques (gaz/eau) en milieu poreux Sous la direction : Henri BERTIN (DR CNRS – TREFLE)Alain

Post on 03-Apr-2015

105 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Page 1
  • Influence dune couche de polymre adsorb sur des coulements diphasiques (gaz/eau) en milieu poreux Sous la direction : Henri BERTIN (DR CNRS TREFLE)Alain ZAITOUN (Ingnieur Docteur IFP) Didier LASSEUX (CR CNRS TREFLE)Thierry PICHERY (Ingnieur / Expert Puits GDF) Avec la participation : G. CHAUVETEAU (IFP) ; R. TABARY (IFP) ; N. BLIN (IFP) ; A. OCHSENHOFER (TREFLE) ; D. JAUPART (TREFLE) ; F. LAPEGUE (TREFLE) Prsente par : Vincent BLANCHARD Vendredi 16 dcembre 2006 TREFLE - TALENCE
  • Page 2
  • Plan de lexpos Introduction Matriaux et fluides tude exprimentale de leffet Klinkenberg tude exprimentale des effets inertiels Conclusions et Perspectives
  • Page 3
  • Plan de lexpos Introduction Contexte Objectifs chelles de description Modle de Darcy Matriaux et fluides tude exprimentale de leffet Klinkenberg tude exprimentale des effets inertiels Conclusions et Perspectives
  • Page 4
  • Introduction CONTEXTEOBJECTIFS CHELLESDARCY Cadre de ltude : traitement de puits en gnie ptrolier et gazier (exemple : puits de production de ptrole et de stockage de gaz naturel en aquifre) Proccupations industrielles : Venues deau Venues de sable Effets inertiels Effets souhaits du polymre : Rduction slective de permabilit Rtention des particules Amlioration des dbits de soutirage pression de fond quivalente Source : Gaz de France, 2002
  • Page 5
  • Introduction CONTEXTEOBJECTIFS CHELLESDARCY Beaucoup dtudes publies sur des coulements huile/eau et gaz/eau en rgime de Darcy, [White et al., 1973 ; Zaitoun et Kohler, 1988 ; Mennella et al., 1998 ; etc.] Peu de publications disponibles concernant des coulements gaz/eau hors rgime de Darcy (difficults exprimentales, interprtation dlicate des rsultats, etc.) [Elmkies et al., 2002] Objectif : apporter de nouvelles donnes exprimentales concernant leffet dune couche de polymre adsorb en milieu poreux ( hors rgime darcen ) En particulier laction du polymre sur : Les permabilits relatives leau et au gaz Leffet Klinkenberg (li la pression moyenne) Les effets inertiels (lis la vitesse dcoulement)
  • Page 6
  • Introduction CONTEXTEOBJECTIFS CHELLESDARCY Grande chelle (plusieurs mtres, kilomtres) chelle locale (plusieurs millimtres, centimtres) chelle du pore (1 m 100 m)
  • Page 7
  • Modle de Darcy (chelle locale, Milieu homogne, 1D) Pour un fluide compressible : Pour un fluide incompressible : Introduction CONTEXTEOBJECTIFS CHELLESDARCY
  • Page 8
  • Plan de lexpos Introduction Matriaux et fluides Milieux poreux et fluides Polymre Adsorption tude exprimentale de leffet Klinkenberg tude exprimentale des effets inertiels Conclusions et Perspectives
  • Page 9
  • Matriaux utiliss Fluides injects : Phase gazeuse : N 2 sec Phase liquide : saumures ([KI] = 5 ou 10 g.l -1 ) Solution aqueuse de polyacrylamide ([PAM] = 800 1140 ppm ; r = 2,9 4,9) Milieux poreux : Poudre monodisperse de Carbure de Silicium (SiC) de granulomtrie : 5, 8, 18, 30 et 50 m. Matriaux et fluides MP & FLUIDESPOLYMRE ADSORPTION
  • Page 10
  • Caractristiques : Grande affinit avec leau (liaison hydrogne) Taux dadsorption lev (aucune rpulsion de charge avec la paroi) Polyacrylamide neutre (Floerger 920 SH) Matriaux et fluides MP & FLUIDESPOLYMRE ADSORPTION
  • Page 11
  • Comportement rhologique dune solution de polyacrylamide Matriaux et fluides MP & FLUIDES POLYMREADSORPTION [PAM] = 800 ppm (Mesure du taux de Carbone Organique Total) r = PAM / w = 2,9 (T = 30C)
  • Page 12
  • Matriaux et fluides MP & FLUIDESPOLYMREADSORPTION 1)Adsorption Liaisons de Van der Waals avec la paroi 2)Pigeage mcanique Macromolcules bloques dans les pores de petites tailles 3)Rtention hydrodynamique Accumulation de polymre dans les points stagnants Source : Sorbie, 1991
  • Page 13
  • Saturation en saumure ([KI] = 5 g.l -1 ) Injection dune saumure ([KI] = 10 g.l -1 ) Exprience de dispersion (front de sel) Injection de polymre (Rgime newtonien) Front de polymre : PAM R M = P PAM / P w Injection dune saumure ([KI] = 10 g.l -1 ) R kw = P w (p) / P w Matriaux et fluides MP & FLUIDESPOLYMREADSORPTION Estimation de la quantit de polymre adsorb
  • Page 14
  • Matriaux et fluides MP & FLUIDESPOLYMREADSORPTION Exemple : SiC 50 m Calcul de laire => PAM = 90 g.g -1 [Zaitoun et Kholer, 1988]
  • Page 15
  • Plan de lexpos Introduction Modles dcoulements Matriaux et fluides tude exprimentale de leffet Klinkenberg Mise en vidence Dispositif Rsultats tude exprimentale des effets inertiels Conclusions et Perspectives
  • Page 16
  • Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS coulement monophasique Modle de Darcy La permabilit au gaz dpend de la P m dans le milieu poreux k g (P m ) Massif de SiC 30 m
  • Page 17
  • Effet Klinkenberg [Klinkenberg, 1941 ; Kewen et al., 1999 ; Skjetne et al., 1999 ; Derek et al., 2002] Flux de particules = Flux visqueux + Flux effusif Flux visqueux = chocs intermolculaires Flux effusif = chocs molcules / paroi + diffusion molculaire Nombre de Knudsen [Knudsen, 1950 ; Carman, 1956] Cadre MMC : condition de glissement Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 18
  • Modle de Klinkenberg Equation de Klinkenberg : Modle de Darcy (fluide compressible) :
  • Page 19
  • Dispositif exprimental Dimensions L = 10 cm D = 4 cm Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 20
  • Protocole exprimental coulement de gaz (S w = 0) Dtermination de k g (P m ) et C pour le milieu sec coulement deau (S w = 1) k w et Mise en place dune saturation stationnaire en eau par drainage de N 2 (Sw < 1) Dtermination de k g (S w, P m ) et C(S w ) Calcul de = (k g (S w, P m 1 bar) - k g (S w, P m ))/k g (S w, P m ) Rptition de ltape prcdente pour plusieurs valeurs de S w Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 21
  • Protocole exprimental Injection de la solution de polymre R M, R kw et PAM Mise en place dune saturation stationnaire en eau par drainage de N 2 (S w < 1) Dtermination de k (p) g (S w, P m ) et C (p) (S w ) Calcul de (p) = (k g (S w, P m 1 bar) - k (p) g (S w, P m ))/ k (p) g (S w, P m ) Rptition de ltape prcdente pour plusieurs valeurs de S w Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 22
  • Interprtation des rsultats Hypothse en rgime diphasique : Phase liquide immobile lors de lcoulement de gaz S w 0 Traitement des donnes : Mthode stationnaire k g (P m ) et C sont obtenus par rgression linaire Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 23
  • coulement monophasique Proprits du milieu: k g (P m 1 bar) = 4,82.10 -13 m 2 k w = 4,46.10 -13 m 2 = 0,42 Conditions exprimentales : Re < 4.10 -2 P 2 = 1 4,5 bar k g (P m ) = 4,46.10 -13 m 2 C = 4,33.10 -9 N = 8% Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 24
  • k g (P m ; S w = 0,12) = 3,34.10 -13 m 2 C(S w = 0,12) = 2,76.10 -9 N (S w = 0,12) = 8 % k g (P m ; S w = 0,34) = 1,25.10 -13 m 2 C(S w = 0,34) = 3,68.10 -9 N (S w = 0,34) = 17,5 % coulement diphasique (en labsence de polymre) Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 25
  • Champ de saturation locale Prsence dun gradient de saturation tat de saturation non modifi durant lcoulement de gaz sens dinjection Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 26
  • coulement diphasique (en labsence de polymre) Rgime 1 : effet Klinkenberg peu modifi distribution pendulaire de la phase mouillante Rgime 2 : augmentation significative de leffet Klinkenberg distribution continue de la phase mouillante Rgime 1 Rgime 2 Zone de transition Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 27
  • Injection de la solution de PAM Injection de la solution d /dt = 2 s -1 Proprits de la solution : [PAM] = 1140 ppm et r = 4,6 ( 30C) Valeur de h lgrement leve [Broseta et Medjahed, 1994 ; Tabary, 2004] Aprs adsorption : R kw = 2,8 et h = 0,68 m Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 28
  • coulement diphasique (en prsence de polymre) Diminution significative de leffet Klinkenberg en prsence de PAM Sw = 0,18 Sw = 0,35 Obstruction des petits pores Diminution de la section efficace de passage du gaz ( ) et absorption de lnergie de choc molcules/paroi par le PAM ( ) Modification de la topologie de la surface porale Immobilisation de la phase aqueuse Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 29
  • En rsum Ralisation dun dispositif exprimental qui a permis dtudier avec prcision leffet Klinkenberg dans diffrentes conditions exprimentales ( sec, en condition diphasique, en prsence de polymre) En labsence de polymre, mise en vidence de deux rgimes diffrents de lvolution de leffet Klinkenberg en prsence dune saturation stationnaire deau Premier rgime : peu de modification (saturation en eau faible) Seconde rgime : augmentation significative (saturation en eau leve) En prsence de polymre adsorb, une diminution importante de leffet Klinkenberg est observe Taille des pores Absorption de lnergie de choc molcules/paroi Modification de la topologie de lespace poral => changement de la dpendance attendue vis- -vis de la permabilit Effet Klinkenberg MISE EN EVIDENCEDISPOSITIFRESULTATS
  • Page 30
  • Plan d

View more >