Influence de la variabilité pétrophysique et minéralogique des réservoirs géologiques sur le transfert réactif. Application au stockage du CO2 PDF Download
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Author: Franck Diedro
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 210
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Book Description
Le projet de cette thèse concerne l'étude de l'impact de la variabilité initiale des réservoirs géologiques sur le stockage souterrain du CO2. Nous nous sommes inspirés de réservoirs naturels : le Dogger carbonaté du Bassin de Paris et les réservoirs gréseux de Ravenscar (mer du Nord). Chacun des réservoirs modèles reconstruits a été défini par la liste de ses minéraux (calcite, dolomite, albite, clinochlore, k-feldspath, kaolinite, quartz ... par exemple pour les réservoirs carbonatés) et par ses propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité). La variabilité de ces paramètres a été simulée à l’aide de méthodes géostatistiques multivariables opérant sur leur portée, palier, et seuillage.Nous avons défini des paramètres opérationnels utiles pour résumer les propriétés principales du stockage (à savoir la quantité de carbone stockée dans le réservoir, la quantité de carbone précipité sous forme de dolomie, la quantité de carbone évacuée par l’aquifère mobile, la quantité de carbone contenue dans l’eau du réservoir ainsi que la variation de la porosité dans le réservoir). Des simulations déterministes de transfert réactif ont ensuite été effectuées en suivant différents scénarii de stockage : (Cas de l’injection du CO2 initial dans le réservoir qui nous a permis de définir l’état initiale du réservoir, cas d’un aquifère mobile se déplaçant dans le réservoir contenant du CO2 en saturation résiduel et le cas du déplacement d’une eau acide dans un réservoir contenant un aquifère neutre). Nous avons cherché par la suite à étudier l’influence de la variabilité initiale sur les paramètres opérationnels de stockage.Nous avons ainsi mis en évidence que, par rapport au cas homogène, le champ hétérogène favorise le stockage du carbone sous forme de dolomie et diminue la quantité de carbone entrainée par l'aquifère. Les effets des grandes portées de la pétrophysique et de l’aquifère mobile ont a également été étudié. Enfin, nous avons mis en place un modèle de plans d'expériences pour étudier l'effet de la variabilité de toutes les entrées sur les différentes réponses sélectionnées. L'effet de la dispersion numérique a été étudié et nous avons montré leur importance sur certains résultats. Les plans d'expériences ont mis en exergue l'importance des taches de la dolomie (associé ici à la portée du champ de dolomie seuillée) sur le carbone stocké.
Author: Franck Diedro
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Languages : fr
Pages : 210
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Book Description
Le projet de cette thèse concerne l'étude de l'impact de la variabilité initiale des réservoirs géologiques sur le stockage souterrain du CO2. Nous nous sommes inspirés de réservoirs naturels : le Dogger carbonaté du Bassin de Paris et les réservoirs gréseux de Ravenscar (mer du Nord). Chacun des réservoirs modèles reconstruits a été défini par la liste de ses minéraux (calcite, dolomite, albite, clinochlore, k-feldspath, kaolinite, quartz ... par exemple pour les réservoirs carbonatés) et par ses propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité). La variabilité de ces paramètres a été simulée à l’aide de méthodes géostatistiques multivariables opérant sur leur portée, palier, et seuillage.Nous avons défini des paramètres opérationnels utiles pour résumer les propriétés principales du stockage (à savoir la quantité de carbone stockée dans le réservoir, la quantité de carbone précipité sous forme de dolomie, la quantité de carbone évacuée par l’aquifère mobile, la quantité de carbone contenue dans l’eau du réservoir ainsi que la variation de la porosité dans le réservoir). Des simulations déterministes de transfert réactif ont ensuite été effectuées en suivant différents scénarii de stockage : (Cas de l’injection du CO2 initial dans le réservoir qui nous a permis de définir l’état initiale du réservoir, cas d’un aquifère mobile se déplaçant dans le réservoir contenant du CO2 en saturation résiduel et le cas du déplacement d’une eau acide dans un réservoir contenant un aquifère neutre). Nous avons cherché par la suite à étudier l’influence de la variabilité initiale sur les paramètres opérationnels de stockage.Nous avons ainsi mis en évidence que, par rapport au cas homogène, le champ hétérogène favorise le stockage du carbone sous forme de dolomie et diminue la quantité de carbone entrainée par l'aquifère. Les effets des grandes portées de la pétrophysique et de l’aquifère mobile ont a également été étudié. Enfin, nous avons mis en place un modèle de plans d'expériences pour étudier l'effet de la variabilité de toutes les entrées sur les différentes réponses sélectionnées. L'effet de la dispersion numérique a été étudié et nous avons montré leur importance sur certains résultats. Les plans d'expériences ont mis en exergue l'importance des taches de la dolomie (associé ici à la portée du champ de dolomie seuillée) sur le carbone stocké.
Author: Franck Diedro
Publisher: Presses Academiques Francophones
ISBN: 9783838149387
Category :
Languages : fr
Pages : 244
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Book Description
Le projet de cette etude concerne l'etude de l'impact de la variabilite initiale des reservoirs geologiques sur le stockage souterrain du CO2. Nous nous sommes inspires de reservoirs naturels: le Dogger carbonate du Bassin de Paris et les reservoirs greseux de Ravenscar (mer du Nord). Chacun des reservoirs modeles reconstruits a ete defini par la liste de ses mineraux (calcite, dolomite, albite, clinochlore, k-feldspath, kaolinite, quartz ... par exemple pour les reservoirs carbonates) et par ses proprietes petrophysiques (porosite, permeabilite). La variabilite de ces parametres a ete simulee a l'aide de methodes geostatistiques multivariables operant sur leur portee, palier, et seuillage. Nous avons defini des parametres operationnels utiles pour resumer les proprietes principales du stockage (a savoir la quantite de carbone stockee dans le reservoir, la quantite de carbone precipite sous forme de dolomie, la quantite de carbone evacuee par l'aquifere mobile, la quantite de carbone contenue dans l'eau du reservoir ainsi que la variation de la porosite dans le reservoir).
Author: Clément Varloteaux
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 212
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The geo-sequestration of carbon dioxide (CO2) is an attractive option to reduce the emission of greenhouse gases. Within carbonate reservoirs, acidification of brine in place can occur during CO2 injection. This acidification leads to mineral dissolution which can modify the transport properties of a solute in porous media. The aim of this study is to quantify the impact of reactive transport on a solute distribution and on the structural modification induced by the reaction from the pore to the reservoir scale. This study is focused on reactive transport problem in the case of single phase flow in the limit of long time. To do so, we used a multi-scale upscaling method that takes into account (i) the local scale, where flow, reaction and transport are known; (ii) the pore scale, where the reactive transport is addressed by using averaged formulation of the local equations; (iii) the Darcy scale (also called core scale), where the structure of the rock is taken into account by using a three-dimensions network of pore-bodies connected by pore-throats; and (iv) the reservoir scale, where physical phenomenon, within each cell of the reservoir model, are taken into account by introducing macroscopic coefficients deduced from the study of these phenomenon at the Darcy scale, such as the permeability, the apparent reaction rate, the solute apparent velocity and dispersion.
Author: Joharivola Raveloson
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail entre dans le cadre de l'étude des interactions eau-roche dans le cas du stockage du CO2 en milieu géologique. Un intérêt particulier est accordé aux hétérogénéités des paramètres associés aux phénomènes géochimiques. Ces hétérogénéités peuvent s'observer à différentes échelles: celle des grains (les minéraux présentent des défauts de cristallinité et des impuretés), et l'échelle centimétrique/pluri-décamétrique. En particulier, les paramètres thermodynamiques (logK) et de cinétique chimique (dans ce travail nous avons considéré le produit de la constante cinétique k par la surface spécifique S soit kS comme "paramètre de cinétique chimique") sont connus à partir des expériences de laboratoire pour des échantillons de quelques centimètres de dimension, alors que l'on s'intéresse aux réactions minéralogiques à l'échelle des réservoirs.Nous avons évalué les caractéristiques géostatistiques de la variabilité spatiale après réaction à travers des simulations de transport réactif dans lesquelles différents paramètres (logK et kS) sont perturbés avec une première variabilité imposée. Une combinaison de deux approches est ainsi abordée : déterministe et géostatistique. Le code du transport-réactif COORES (IFP-EN et Ecole nationale supérieure des mines de Saint-Etienne) a été utilisé pour les simulations déterministes et le système géochimique étudié concerne la dissolution du diopside avec précipitation de minéraux secondaires comme la calcite et la magnésite.Après analyse par la méthode des plans d'expériences, les résultats montrent qu'une corrélation spatiale élevée combinée avec une grande variance de dispersion des minéraux favorise une réactivité importante des minéraux lorsqu'on perturbe le paramètre de cinétique chimique kS. Par ailleurs une vitesse d'injection élevée accélère le processus de dissolution du minéral étudié. La variabilité spatiale du paramètre thermodynamique n'a cependant pas d'effet significatif sur les résultats, le système se comporte comme dans le cas homogène. Du point de vue de l'homogénéisation du paramètre kS, on retrouve l'influence de l'historique de dissolution.
Author: Luigi Marini
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080466885
Category : Science
Languages : en
Pages : 471
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The contents of this monograph are two-scope. First, it intends to provide a synthetic but complete account of the thermodynamic and kinetic foundations on which the reaction path modeling of geological CO2 sequestration is based. In particular, a great effort is devoted to review the thermodynamic properties of CO2 and of the CO2-H2O system and the interactions in the aqueous solution, the thermodynamic stability of solid product phases (by means of several stability plots and activity plots), the volumes of carbonation reactions, and especially the kinetics of dissolution/precipitation reactions of silicates, oxides, hydroxides, and carbonates. Second, it intends to show the reader how reaction path modeling of geological CO2 sequestration is carried out. To this purpose the well-known high-quality EQ3/6 software package is used. Setting up of computer simulations and obtained results are described in detail and used EQ3/6 input files are given to guide the reader step-by-step from the beginning to the end of these exercises. Finally, some examples of reaction-path- and reaction-transport-modeling taken from the available literature are presented. The results of these simulations are of fundamental importance to evaluate the amounts of potentially sequestered CO2, and their evolution with time, as well as the time changes of all the other relevant geochemical parameters (e.g., amounts of solid reactants and products, composition of the aqueous phase, pH, redox potential, effects on aquifer porosity). In other words, in this way we are able to predict what occurs when CO2 is injected into a deep aquifer.* Provides applications for investigating and predicting geological carbon dioxide sequestration* Reviews the geochemical literature in the field* Discusses the importance of geochemists in the multidisciplinary study of geological carbon dioxide sequestration
Author: Stéphane Renard
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 412
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La capture et le stockage géologique du CO2 constituent une option importante de limitation des émissions de gaz à effet de serre au niveau des pôles industriels et des centrales de production d'énergie. Les gaz capturés à l'issu de ces chaînes de production ne sont pas constitués de CO2 pur mais contiennent une fraction (jusqu'à 10 %) de gaz annexes qui sont essentiellement Ar, N2, SOx et NOx. Ces gaz étant pour la plupart très réactifs il est essentiel de connaître leur impact sur les conditions physico-chimiques du réservoir géologique d'accueil, ainsi que sur l'environnement dans le cas d'une de contamination des aquifères voisins du stockage. Des expérimentations en laboratoire ont simulé le vieillissement de roches de réservoir et couverture en provenance d'un réservoir carbonaté du Bassin aquitain et d'assemblages minéralogiques synthétiques dans des conditions de séquestration géologique. Les roches associées à une saumure sont altérées au contact de divers composés gazeux à 100 bar et 150°C sur une durée d'un mois : CO2 pur, SO2, NO pur et un mélange contenant majoritairement du CO2 et des fractions de Ar, N2, SO2, O2. Chaque expérience est comparée à une expérience témoin où le composé gazeux est remplacé par de l'azote. Le CO2 ne montre qu'une réactivité limitée sur les minéraux des roches. Le NO et le SO2 montrent une réactivité intrinsèque passant par des dismutations en phase aqueuse ou vapeur induisant une forte altération de la roche par une attaque acide couplée à une oxydation poussée des minéraux constitutifs des roches. Le mélange de gaz montre de la même façon une réactivité double : le S02 s'oxyde en acide sulfurique s'attaquant aux carbonates et minéraux argileux et l'O2 oxyde tous les minéraux possédant du fer ou du soufre réduit. Les gaz annexes contrôlent donc la réactivité des roches en grande profondeur. Leur présence pourrait complètement changer le comportement des roches (porosité, rhéologique) lors du stockage. Leur implication devra être anticipée dans chaque cas concret de stockage en fonction de la composition du gaz d'injection, de la minéralogie et des propriétés pétrophysiques des roches.
Author: Sara Forough Farshidi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages :
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Book Description
Chemical reactions are important in many simulation applications, including geological carbon storage. The incorporation of chemical reaction treatment in general compositional reservoir simulators is thus necessary to enable this modeling. In this work, we develop robust numerical schemes for modeling CO2 sequestration. All of the methods developed are implemented into Stanford's Automatic Differentiation-based General Purpose Research Simulator (AD-GPRS). We first address a special case of crossing thermodynamic phase boundaries, i.e., aqueous phase disappearance and reappearance in the context of CO2 sequestration. A specialized treatment for handling aqueous-phase components when the aqueous phase disappears (or reappears) is introduced under the natural set of variables. This variable set includes pressure, phase saturations, and phase compositions. We demonstrate the robustness of our fully-implicit natural-variable formulation for carbon storage simulations, even when the aqueous phase disappears in multiple grid blocks. We also propose a novel reactive transport formulation based on overall-composition variables. This formulation effectively treats the aqueous phase disappearance phenomenon, because the overall-composition variables are valid for all fluid-phase combinations. Overall-composition variables, however, suffer from the high cost of thermodynamic calculations in two-phase grid blocks. This motivates the development of a hybrid numerical scheme which takes advantage of the favorable features of both the natural and overall-composition variable formulations. Simulation results for CO2 sequestration scenarios with the three formulations demonstrate the stability of these schemes. A comparison of the numerical performance of these treatments suggests that the use of natural variables in general offers enhanced computational efficiency compared to overall-composition variables. Under the natural-variable formulation, however, one of the special treatments proposed in this work should be considered for grid blocks with single-phase gas. We next investigate the use of ultramafic rocks for geological carbon storage. These rocks are highly reactive and offer considerable CO2 storage capacity. We begin by analyzing a weathering system in this type of rock, where our AD-GPRS implementation is validated against field observations. We then simulate idealized carbon storage projects in an ultramafic reservoir. The general features and patterns of carbonation are identified and discussed. This type of rock offers nearly complete conversion of the injected CO2 to mineral forms in many cases, enhancing storage security. Sensitivity analyses are conducted to examine the impact of various reservoir properties and operation parameters on carbonation efficiency. We demonstrate that well control scenarios can be designed to improve the carbonation process substantially by providing a more effective distribution of the injected CO2 in the formation.
Author: Benoit Issautier
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
La démarche d’intégration des hétérogénéités dans les modèles réservoirs en est à ses prémices dans le domaine du stockage géologique de CO2. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse. Un protocole d’analyse depuis l’étude de terrain jusqu’aux simulations réservoirs a été établi. La caractérisation du Minjur Sandstone (formation Triasique d’Arabie Centrale) met en avant le caractère crucial de la connectivité des corps dans l’architecture du réservoir, notamment en liant génétiquement leur nature, leur connectivité et leur position dans la séquence de dépôt. S’appuyant sur la connaissance de cette formation, un modèle conceptuel est construit, puis reproduit stochastiquement par un algorithme permettant l’élaboration de modèles conditionnés par une histoire sédimentaire. Le protocole prévoit la création de 50 scénarios illustrant divers degrés de connectivité ; chaque scénario étant composé de deux modèles de même architecture mais à remplissage sédimentaire différent. Cette approche permet d’appréhender (a) l’impact de la connectivité et (b) des hétérogénéités sédimentaires sur les performances réservoirs. L’estimation de capacité par l’approche statique des volumes disponibles estime une capacité moyenne d’environ 13Mt (aquifère semi-infini de 25 km par 25 km et 60m d’épaisseur à 1000 m de profondeur). Les hétérogénéités internes (sédiments argileux appelés oxbow lakes) entraînent une différence de capacité de 30%. Les simulations dynamiques confirment ces résultats et révèle une variabilité de capacité de 23% liée la connectivité des corps. De plus les hétérogénéités réduisent la migration verticale du gaz ce qui peut augmenter l’intégrité du stockage.
Author: Joharivola Raveloson
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9783841631923
Category :
Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
Ce travail de recherche entre dans le cadre de l'etude des interactions eau-roche dans le cas du stockage du CO2 en milieu geologique. Un interet particulier est accorde aux heterogeneites des parametres associes aux phenomenes geochimiques. Ces heterogeneites peuvent s'observer a differentes echelles: celle des grains (les mineraux presentent des defauts de cristallinite et des impuretes), et l'echelle centimetrique/pluri-decametrique. En particulier, les parametres thermodynamiques (logK) et de cinetique chimique (dans ce travail nous avons considere le produit de la constante cinetique k par la surface specifique S soit kS comme "parametre de cinetique chimique") sont connus a partir des experiences de laboratoire pour des echantillons de quelques centimetres de dimension, alors que l'on s'interesse aux reactions mineralogiques a l'echelle des reservoirs. Une combinaison de deux approches est abordee: deterministe et geostatistique. Le modele du transport-reactif COORES (IFP-EN et Ecole nationale superieure des mines de Saint-Etienne) a ete utilise pour les simulations deterministes.
Author: Emmanuel Jobard
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans le cadre du stockage géologique de gaz acides, il est impératif de garantir l'intégrité des matériaux sollicités afin d'assurer un confinement pérenne du fluide injecté. Le but de ce travail de thèse est d'étudier, par le biais de modélisations expérimentales, les phénomènes pouvant être responsables de la déstabilisation du système et qui peuvent conduire à des fuites du gaz stocké. Le premier modèle expérimental, appelé COTAGES a permis d'étudier les effets de la déstabilisation thermique provoquée par l'injection d'un gaz à température ambiante dans un réservoir chaud. Ce dispositif a permis de mettre en évidence un transfert de matière important depuis la zone froide (30°C) vers la zone chaude (100°C) conduisant à des modifications des propriétés pétrophysiques. Ces résultats soulignent l'importance de la température d'injection sur la conservation des propriétés d'injectivité du système. Le second modèle, appelé "Sandwich" a permis d'étudier le comportement de l?interface entre la roche couverture (argilite COX) et le ciment de puits. Les expériences batch du modèle Sandwich en présence de CO2 ont permis de mettre en évidence une fracturation de l'interface provoquée par la carbonatation précoce du ciment. Ces résultats soulignent l'importance de l'état initial de la roche couverture dans la séquestration du fluide injecté. Le troisième modèle expérimental est le modèle MIRAGES. Ce dispositif innovant permet d'injecter en continu un flux de CO2 dans un échantillon. Les résultats ont mis en évidence un colmatage partiel de la porosité inter-oolithe à proximité du puits d'injection, ainsi qu'une carbonatation du ciment sous la forme d'un assemblage calcite/aragonite.
