FR3099577A1 - Dispositif pour mesurer des caractéristiques physiques d'un échantillon solide poreux - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une cellule (200) d’un dispositif (100) à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide sur un échantillon solide poreux (600) saturé par au moins un premier fluide, la cellule (200) comportant au moins une plaque poreuse semi-perméable (220) au premier fluide, caractérisé en ce que la plaque poreuse (220) est recouverte d’une couche (230) de poudre d'aérogel, la couche (230) étant destinée à être en contact avec une extrémité de l’échantillon (600). Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
L’invention concerne le domaine de la pétrophysique, et en particulier un dispositif de mesure rapide de pression capillaire, d'indice de résistivité et de distribution de taille de pore d’échantillons de roche issus d'un milieu poreux.
Un tel dispositif convient par exemple pour tester des échantillons géologiques. Il peut s'agir par exemple de roches d'une zone d'un gisement souterrain de fluides (gisement hydrocarbures, aquifère, etc.).
La détermination de paramètres pétrophysiques tels que la pression capillaire constitue un enjeu majeur, par exemple dans le cadre de l'exploitation pétrolière, que ce soit dans la phase d'évaluation du gisement ou de sa mise en production.
Des expériences de laboratoire sont couramment conduites pour déterminer ces paramètres pétrophysiques de manière représentative. Ces expériences, dites de déplacements multi-paliers (multi-débits ou multi-pressions), consistent à injecter un fluide (appelé fluide injecté) dans un échantillon de roche initialement saturé avec majoritairement un autre fluide (appelé fluide déplacé). Le fluide injecté draine alors une partie du fluide saturant hors de l'échantillon. La quantité de fluide déplacé ainsi produite par l'échantillon est mesurée sous forme d'un volume. Ce volume est appelé volume de production du fluide déplacé. Au fur et à mesure de l'injection, la quantité de fluide déplacé produite augmente, c'est-à-dire que le volume de production du fluide déplacé augmente. Puis, on atteint une stabilisation de ce volume, c'est-à-dire, que le volume n'augmente plus. Ceci correspond à un arrêt de la production du fluide déplacé hors de l'échantillon. Le débit d'injection, ou la pression, est alors augmenté pour drainer une partie du fluide saturant encore en place dans l'échantillon, jusqu'à obtenir un nouveau palier de stabilisation. Le débit d'injection, ou la pression, est donc augmenté plusieurs fois (après chaque palier de stabilisation), et pour chacun de ces paliers, l'on mesure l'évolution de paramètres, et notamment le volume de production du fluide déplacé. On obtient une courbe de pression capillaire dont est déduite la distribution de taille de pore par un traitement de données.
En ce qui concerne la détermination des paramètres électriques, l'approche la plus courante consiste également à réaliser des expériences de déplacement à débit ou à pression fixées. La résistivité d'un échantillon solide peut être mesurée au moyen d'électrodes qui sont placées en contact avec sa surface, à des emplacements choisis, entre lesquels on fait passer un courant électrique. La mesure de la différence de potentiel apparaissant entre les emplacements des électrodes, donne directement la mesure de la résistivité. Pour que les mesures soient représentatives, il importe que le contact des électrodes avec la surface soit le meilleur possible. Un procédé connu consiste par exemple à placer l'échantillon à tester dans une gaine souple élastique. Les électrodes sont placées entre l'échantillon et la gaine et reliées au travers elle par des conducteurs électriques à un système de mesure de la conductivité électrique. La gaine est placée dans une enceinte de confinement. Un fluide sous pression est admis dans l'enceinte ce qui a pour effet de plaquer la gaine et par conséquent les électrodes contre l'échantillon. Un tel procédé utilisant un fluide sous pression pour plaquer une gaine contre un échantillon, est utilisé par exemple dans les outils de pétrophysique décrits dans les documents FR 2 708 742 (US 5 679 885) et FR 2 724 460 (US 5 610 524) ou encore dans le document US 5 105 154.
En ce qui concerne la détermination de la distribution de taille de pores de roche poreuse, on connaît déjà dans l'état la technique, les techniques suivantes.
On connaît la technique basée sur une injection sous vide d’un liquide non mouillant, le mercure. Cette technique est rapide (quelques heures) et précise, et a l’avantage de pouvoir être utilisée sur des échantillons de forme quelconque. Cependant, l’utilisation de mercure est dangereuse pour la santé, et son utilisation polluante est en cours d'interdiction dans de nombreux pays.
On connaît également la technique basée sur l’injection de gaz ou d’huile dans un échantillon saturé d'eau. Cette technique donne de bons résultats, et n’utilise pas de produits dangereux. Cependant, cette technique nécessite un échantillon assez grand et de forme cylindrique, limité en pression par une utilisation de plaque semi-perméable de faible perméabilité. L’utilisation d’une telle plaque conduit des temps très long (plusieurs semaines, voire plusieurs mois) pour obtenir des résultats.
Enfin, on connaît les techniques basées sur des mesures RMN. Ces mesures sont faciles à réaliser. Cependant, elles ne donnent pas accès à certaines propriétés des roches, telles que la distribution de taille de pore.
Un dispositif permettant de réaliser de telles expériences de déplacement à débit fixé est décrit par exemple dans le document FR 2 708 742 (US 5 679 885), ou encore à pression imposée par centrifugation dans le document FR 2 758 881 (GB 2 322 942). On connaît également par le document FR 2 778 449 un dispositif permettant de réaliser de telles mesures de résistivité en conditions de réservoir tout en mesurant et en contrôlant les niveaux de pression capillaire dans la roche pendant les phases de drainage. Cela permet de tracer l'évolution de l'indice de résistivité en fonction de la saturation en saumure de l'échantillon.
De tels dispositifs, permettent de mettre en œuvre les techniques précitées permettant de déterminer des paramètres pétrophysiques. Cependant, ces techniques comportent au moins l’un des problèmes suivants :
- utilisation d’un produit dangereux en cours d'interdiction dans de nombreux pays ;
- nécessité d’un échantillon de géométrie contraignante : assez grand et de forme cylindrique ;
- temps d’expérience très long (plusieurs semaines, voire plusieurs mois) pour obtenir des résultats ;
- le contact capillaire entre l’échantillon et la plaque poreuse est souvent difficile à optimiser et peut aboutir à un faible taux de réussite.
- utilisation d’un produit dangereux en cours d'interdiction dans de nombreux pays ;
- nécessité d’un échantillon de géométrie contraignante : assez grand et de forme cylindrique ;
- temps d’expérience très long (plusieurs semaines, voire plusieurs mois) pour obtenir des résultats ;
- le contact capillaire entre l’échantillon et la plaque poreuse est souvent difficile à optimiser et peut aboutir à un faible taux de réussite.
Il existe donc une nécessité de disposer d’un dispositif permettant de réaliser des expériences dites de déplacements multi-paliers, n’utilisant pas de produit dangereux, permettant d’obtenir des résultats rapidement et à partir d’échantillon de petites tailles et de forme quelconque, et bénéficiant d’un très bon contact capillaire entre l’échantillon et la plaque poreuse.
L'invention a notamment pour but de fournir un dispositif permettant de déterminer rapidement et simplement la distribution de taille de pore d’un échantillon de roche issu d'un milieu poreux, sans utiliser de produit dangereux pour la santé.
A cet effet l’invention a pour objet une cellule d’un dispositif à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide sur un échantillon solide poreux saturé par au moins un premier fluide, la cellule comportant au moins une plaque poreuse semi-perméable au premier fluide, dans lequel la plaque poreuse est recouverte d’une couche de poudre d'aérogel, la couche étant destinée à être en contact avec une extrémité de l’échantillon.
Un tel dispositif permet de réaliser des mesures rapidement, moins de 24 heures contre plusieurs semaines à plusieurs mois avec des dispositifs de l’art antérieur, grâce :
- à l’utilisation de deux plaques poreuses dont le contact capillaire avec l’échantillon est garanti par l’utilisation de poudre obtenue après broyage d'aérogel, et
- à l’utilisation d’échantillon de petites tailles (5mm d’épaisseur par exemple) et non nécessairement cylindriques.
- à l’utilisation de deux plaques poreuses dont le contact capillaire avec l’échantillon est garanti par l’utilisation de poudre obtenue après broyage d'aérogel, et
- à l’utilisation d’échantillon de petites tailles (5mm d’épaisseur par exemple) et non nécessairement cylindriques.
Les résultats sont fiables grâce à l’utilisation de poudre obtenue après broyage d'aérogel, garantissant un bon contact capillaire entre l’échantillon et la plaque poreuse.
L’utilisation d’un tel dispositif permet de se passer de l’utilisation de mercure tout en obtenant des résultats aussi fiables et rapides.
L’utilisation d’un ressort comme moyen d’appliquer une pression axiale sur l’échantillon permet d’éviter l’utilisation d’une gaine de confinement. Ainsi, la répétition des expériences, nécessitant un montage et un démontage de la cellule, se fait beaucoup plus facilement et rapidement qu’avec les dispositifs connus.
La cellule peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la cellule comporte une seconde plaque poreuse semi-perméable recouverte d’une seconde couche de poudre d'aérogel, la seconde couche étant destinée à être en contact avec une seconde extrémité de l’échantillon ;
- la cellule comporte des moyens de pression pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon ;
- les moyens de pression comportent un moyen élastique, tel qu’un ressort, apte à pousser la plaque poreuse semi-perméable vers la seconde plaque poreuse semi-perméable, afin de plaquer les couches de poudre d'aérogel contre l’échantillon ;
- la cellule comporte une électrode de tension apte à être disposée autour de l’échantillon, et à être maintenu en contact avec l’échantillon au moyen d’un élément de serrage conducteur ;
- l’électrode est formée d’un ressort en acier inoxydable ;
- la cellule comporte un corps allongé fermé à ses extrémités opposées par un premier et un second embouts, les deux embouts définissant un volume lorsqu’ils sont en positon montée sur la cellule, le volume état apte à recevoir un support de la plaque poreuse semi-perméable et l’échantillon ;
- le support comporte un évidement dans lequel est insérée la plaque poreuse semi-perméable ;
- le second embout comporte un second évidement dans lequel est insérée la seconde plaque poreuse semi-perméable ;
- le premier embout comporte un logement pour les moyens de pression ;
- le premier embout et le support sont traversés par un tube, le tube étant apte à évacuer en dehors de la cellule, un fluide sortant de la première plaque poreuse semi-perméable ;
- le second embout est traversé par un tube, le tube étant apte à évacuer en dehors de la cellule, un fluide sortant de la seconde plaque poreuse semi-perméable.
- la cellule comporte une seconde plaque poreuse semi-perméable recouverte d’une seconde couche de poudre d'aérogel, la seconde couche étant destinée à être en contact avec une seconde extrémité de l’échantillon ;
- la cellule comporte des moyens de pression pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon ;
- les moyens de pression comportent un moyen élastique, tel qu’un ressort, apte à pousser la plaque poreuse semi-perméable vers la seconde plaque poreuse semi-perméable, afin de plaquer les couches de poudre d'aérogel contre l’échantillon ;
- la cellule comporte une électrode de tension apte à être disposée autour de l’échantillon, et à être maintenu en contact avec l’échantillon au moyen d’un élément de serrage conducteur ;
- l’électrode est formée d’un ressort en acier inoxydable ;
- la cellule comporte un corps allongé fermé à ses extrémités opposées par un premier et un second embouts, les deux embouts définissant un volume lorsqu’ils sont en positon montée sur la cellule, le volume état apte à recevoir un support de la plaque poreuse semi-perméable et l’échantillon ;
- le support comporte un évidement dans lequel est insérée la plaque poreuse semi-perméable ;
- le second embout comporte un second évidement dans lequel est insérée la seconde plaque poreuse semi-perméable ;
- le premier embout comporte un logement pour les moyens de pression ;
- le premier embout et le support sont traversés par un tube, le tube étant apte à évacuer en dehors de la cellule, un fluide sortant de la première plaque poreuse semi-perméable ;
- le second embout est traversé par un tube, le tube étant apte à évacuer en dehors de la cellule, un fluide sortant de la seconde plaque poreuse semi-perméable.
L’invention concerne également un dispositif à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide sur un échantillon solide poreux saturé par au moins un premier fluide, comportant une cellule de confinement de l’échantillon selon l’invention.
Le dispositif peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le dispositif comporte un système d’injection d’au moins un second fluide dans l’échantillon placé dans la cellule de confinement ; un moyen de mesure de la quantité de premier fluide déplacée hors de la cellule lors d’une expérience de déplacement au moyen du dispositif ;
- le dispositif comporte un appareil de mesure de la résistivité de l'échantillon relié à une électrode de la cellule.
- le dispositif comporte un système d’injection d’au moins un second fluide dans l’échantillon placé dans la cellule de confinement ; un moyen de mesure de la quantité de premier fluide déplacée hors de la cellule lors d’une expérience de déplacement au moyen du dispositif ;
- le dispositif comporte un appareil de mesure de la résistivité de l'échantillon relié à une électrode de la cellule.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée
On a représenté sur la figure 1, un exemple de dispositif 100 à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide, sur un échantillon solide poreux 600 (non représenté sur la figure 1). Le dispositif 100 permet de déterminer rapidement la courbe de pression capillaire, l'indice de résistivité et la distribution de taille de pores de l’échantillon poreux 600 issu d’une roche poreuse.
Le dispositif 100 comporte :
- une cellule 200 de confinement munie d’au moins une plaque poreuse semi-perméable ;
- un système d’injection 300 d’un fluide dans l’échantillon 600 placé dans la cellule de confinement 200 ;
- un moyen de mesure 400 de la quantité de fluide déplacée hors de la cellule 200 ; et
- optionnellement un appareil 500 de mesure de la résistivité de l'échantillon 600.
- une cellule 200 de confinement munie d’au moins une plaque poreuse semi-perméable ;
- un système d’injection 300 d’un fluide dans l’échantillon 600 placé dans la cellule de confinement 200 ;
- un moyen de mesure 400 de la quantité de fluide déplacée hors de la cellule 200 ; et
- optionnellement un appareil 500 de mesure de la résistivité de l'échantillon 600.
De préférence, et comme illustré sur la figure 2, la cellule 200 de confinement est munie de deux plaques poreuses 220 et 240, une plaque poreuse à chaque extrémité de la cellule 200.
La cellule de confinement 200
La figure 2 illustre un exemple de cellule de confinement 200 selon l’invention. La cellule 200 de confinement comporte un corps allongé 210, tel un tube ayant une longueur de 10 à 20 centimètres selon cet exemple.
Le corps allongé 210 est fermé à ses deux extrémités opposées par un premier et un second embouts 260, 270. Lorsque les deux embouts 260, 270 sont montés sur la cellule 200, ils ferment de façon étanche le corps allongé 210, et ils définissent un volume étanche destiné à recevoir l’échantillon 600.
La cellule 200 comporte au moins une plaque poreuse 220 perméable au fluide saturant l’échantillon 600. On rappelle qu'une plaque poreuse, perméable au fluide saturant l'échantillon 600, permet de bloquer le fluide injecté lorsque la pression d'injection est augmentée. Cette technique est décrite par exemple dans les documents suivants :
- US-A-4 506 542 ;
- Colin McPhee et al., "Core Analysis: A best practice guide", Developments in Petroleum Science, Volume 64, chapitre 9, p. 471-495.
- US-A-4 506 542 ;
- Colin McPhee et al., "Core Analysis: A best practice guide", Developments in Petroleum Science, Volume 64, chapitre 9, p. 471-495.
La plaque poreuse placée en sortie d'échantillon peut être réalisée dans un matériau poreux et perméable au premier fluide (fluide déplacé saturant l’échantillon 600), tel qu’une céramique poreuse, un ciment poreux, des membranes de filtration de type Nuclépore®, ou du Téflon®. On peut également utiliser un traitement chimique pour obtenir la mouillabilité requise.
De préférence, la plaque poreuse est réalisée de manière à avoir une pression d'entrée supérieure à la pression capillaire la plus élevée avec la face de l'échantillon en contact avec la plaque poreuse. Ainsi, la plaque poreuse est caractérisée par une pression d'entrée. Cette pression d’entrée limite le domaine de mesure. Par exemple une plaque poreuse dont la pression d’entrée est de l’ordre de 15 bars, permet d’atteindre des pores de taille supérieure ou égale à 0.1 micron.
Selon l’invention, afin d’améliorer le contact capillaire entre l’échantillon 600 et la plaque poreuse 220, la plaque poreuse 220 est recouverte d’une couche 230 de poudre d'aérogel. Cette couche 230 est destinée à être en contact avec une des deux extrémités de l’échantillon 600 placé dans la cellule 200.
L'aérogel est un matériau semblable à un gel où le composant liquide est remplacé par du gaz. C'est un solide à très faible densité, composé jusqu'à 99,8 % d'air avec une densité pouvant descendre à 0,16 mg/cm3.
Selon un exemple de réalisation on utilise de l'aérogel de silice hydrophile avec une masse volumique inférieure à 80 Kg/m3.
On peut utiliser par exemple des aérogels commercialisés par la société Ocellus® du type Enova® Aerogel IC3100, Enova® Aerogel IC3120, Lumira® Aerogel, ou par la société Isolproduct® du type Nanogel®.
De façon préférentielle, et afin de diviser par deux le temps des expériences, et donc le temps pour obtenir des mesures des paramètres pétrophysiques, la cellule 200 comporte une seconde plaque poreuse semi-perméable 240, perméable au fluide saturant l’échantillon 600, positionnée à l’autre extrémité de l’échantillon 600 placé dans la cellule 200. De préférence, cette seconde plaque poreuse est également recouverte d’une seconde couche 250 de poudre d'aérogel, destinée à être en contact avec la seconde extrémité de l’échantillon 600.
Grâce cette cellule comportant deux plaques poreuses semi-perméables à chaque extrémité, il est possible d’utiliser un échantillon très fin (5 mm).
Dans la géométrie des cellules de l’art antérieur, comportant une gaine de confinement, l'échantillon est appliqué contre les plaques poreuses uniquement par la pression qui s'applique latéralement au moyen de la gaine, et qui produit une force axiale grâce à l'élasticité de la gaine. Pour créer une contrainte efficace sur les plaques, la longueur de l’échantillon (distance selon l’axe de la cellule) doit être plus grande que le diamètre. De plus, lorsque le diamètre de l’échantillon n'est pas exactement le même que celui des pistons, l'effet est inverse : la gaine de caoutchouc s'introduit entre les pistons et les repousse.
La cellule 200 comporte un support 290 pour la plaque poreuse 220 semi-perméable. Ce support est positionné entre le premier embout 260 et l’échantillon 600. Ainsi, lorsqu’un échantillon est placé dans la cellule 200, il est en contact à l’une de ses extrémités avec une face du support 290, et à l’autre extrémité avec une face du second embout. Le support 290 comporte un évidement dans lequel est insérée la plaque poreuse semi-perméable 220.
La face du support 290 destinée à être en contact avec l’échantillon 600 comporte la plaque poreuse 220 recouverte de la couche 230 de poudre d'aérogel. La face du second embout 270 comporte la seconde plaque poreuse 240 recouverte de la couche 250 de poudre d'aérogel. Le second embout 270 comporte un second évidement dans lequel est insérée la seconde plaque poreuse semi-perméable 240. Ainsi, lorsque l’échantillon 600 est placé dans la cellule 200, il remplit le volume compris entre le support 290 et le second embout 270, et chaque extrémité de l’échantillon 600 est en contact avec une couche 230, 250 de poudre d'aérogel.
Ainsi, lorsque le fluide saturant l’échantillon 600 est poussé hors de l’échantillon, il se retrouve directement en contact avec la poudre d'aérogel, puis avec une plaque poreuse, puis il s’évacue hors de la cellule 200 au moyen de tubes 262 et 272, ayant de préférence un diamètre interne d’environ 2 mm.
Le premier embout 260 et le support 290 sont traversés par un tube 262. Le tube 262 est en contact à l’une de ses extrémités avec la plaque poreuse 220, et à l’autre extrémité avec un conduit relié au moyen de mesure 400 de la quantité de fluide déplacée hors de la cellule 200.
De même le second embout 270 est traversé par un tube 272. Le tube 272 est en contact à l’une de ses extrémités avec la plaque poreuse 240, et à l’autre extrémité avec un conduit relié au moyen de mesure 400 de la quantité de fluide déplacée hors de la cellule 200.
Les tubes 262 et 272 sont ainsi aptes à évacuer en dehors de la cellule 200 un fluide sortant des plaques poreuses 220 et 240, et de diriger ce fluide vers le moyen de mesure 400.
La cellule 200 comporte également des moyens de pression 266 pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon 600. Selon un mode de réalisation avantageux, illustré sur la figure 2, les moyens de pression 266 comportent un moyen élastique 266a, tel qu’un ressort, et des vis de serrage 266b aptes à comprimer le moyen élastique 266a. Ce dernier, une fois comprimé, est apte à pousser la plaque poreuse semi-perméable 220 vers la seconde plaque poreuse semi-perméable 240, afin de plaquer les couches 230, 250 de poudre d'aérogel contre l’échantillon 600. Ainsi, le premier embout 260 comporte un logement contenant le moyen de pression 266.
Ainsi, l’utilisation de deux plaques poreuses 220, 240 et de moyens de pression 266 permettant un montage simple qui impose une pression contrôlable et reproductible (selon un exemple de réalisation : compression d'un ressort étalonné sur une longueur de 1 cm).
Appareil 500 de mesure de la résistivité
Selon l’exemple de la figure 2, une mesure électrique est réalisée au moyen de deux électrodes. Selon cette méthode, la cellule 200 comporte deux électrodes de courant 700, placées à chaque extrémité de l’échantillon 600. Ces électrodes de courant 700 servent à établir le courant à travers les plaques poreuses (munies de couche d’aérogel) et l'échantillon 600. Comme illustré sur les figures 2 et 3, ces deux électrodes de courant 700 sont positionnées contre la surface de la plaque poreuse opposée à la couche d’aérogel. Avantageusement, ces deux électrodes constituent des grilles métalliques, en inox par exemple.
Selon un mode de réalisation, chaque grille métallique 700 est en contact avec le tube de sortie d'effluent 262, 272, et chaque tube est également métallique (inox par exemple). Ainsi, les tubes 262, 272 sont conducteurs. Le courant passe entre ces deux tubes 262 et 272 et traverse les plaques poreuses saturées en fluide, tel que de l’eau (eau salée pour être conductrice, saumure). On mesure alors, au moyen de l’appareil 500, le voltage et l'intensité, et on en déduit la résistance de l’ensemble constitué de l'échantillon 600 et des plaques poreuses et des couches d’aérogel. Avant la mesure, on détermine les résistances des plaques poreuses munies de couche d’aérogel, et on peut ainsi avoir la résistance de l'échantillon 600 en fonction de la saturation (mesure de l'indice de résistivité).
Bien que l’utilisation de l’aérogel rende cette méthode de mesure de la résistivité au moyen de deux électrodes suffisamment précises, il est possible d’utiliser une méthode de mesure de la résistivité au moyen de quatre électrodes.
La figure 3 illustre une cellule de confinement 200 permettant de mettre en œuvre cette méthode. Cette cellule 200 comporte, en plus des électrodes de courant 700 qui servent à établir le courant à travers les plaques poreuses et l'échantillon 600, deux électrodes supplémentaires, dites électrodes de tension. Ces électrodes de tension 710 sont positionnées le long de l'échantillon 600, et permette de mesurer la différence de potentiel.
Selon l’invention, les électrodes de tensions 710 constituent un ressort en acier inoxydable enroulé autour de l’échantillon 600. Le ressort 710 est maintenu dans un logement 720 et il transmet la tension à l'extérieur de la cellule 200. Le contact électrique entre le ressort 710 et l’échantillon 600 est assuré par un moyen de serrage conducteur, tel qu’au moins une vis (E1, E2 sur la figure 3).
Le contact électrique entre le ressort 710 et l’extérieur de la cellule 200 est assuré par le moyen de serrage conducteur E1, E2, et par un moyen conducteur 715 placé entre le moyen de serrage conducteur E1, E2 et le ressort 710. Selon un mode de réalisation le moyen conducteur 715 est une rondelle en laiton, en contact avec l'électrode 710, et les vis E1, E2. L’ensemble E1, E2 et 715 permet d’assurer une continuité électrique entre l’échantillon et l’extérieur de la cellule.
Le
système d’injection 300 d’un fluide
Le dispositif 100 à plaque poreuse semi-perméable permet de réaliser des expériences de déplacements de fluide, sur un échantillon solide poreux 600 afin de déterminer rapidement la courbe de pression capillaire, l'indice de résistivité et la distribution de taille de pores. Pour ce faire, l’échantillon poreux 600 est saturé par un premier fluide, une saumure par exemple.
Puis, un second fluide (gaz ou huile), voire un troisième fluide (huile ou gaz), est injecté dans l’échantillon, à travers la cellule 200, afin de pousser le premier fluide hors de l’échantillon 600.
Afin de déplacer le premier fluide, on utilise un système d’injection 300. Ce système d’injection sous pression d’un gaz et/ou d’huile comprend également un moyen de contrôle d’une électrovanne, afin de contrôler le volume et la pression du fluide injecté.
Le moyen de mesure de la quantité de fluide déplacée
Pour mesurer le volume du premier fluide (saumure) produit, c’est-à-dire le volume expulsé de l’échantillon 600 après injection de gaz et/ou d’huile, on utilise une balance de précision. Notamment une balance du type Sartorius BP 310S.
Applications
La figure 4 illustre des distributions de tailles de pores obtenues sur des roches de faible perméabilité et des roches de fortes perméabilités, d’une part avec un appareil à mercure, et d’autre part avec le dispositif selon l’invention.
Sur cette figure l’axe des abscisses représente en échelle logarithmique le rayon des pores (RP) en micron de l’échantillon 600, et l’axe des ordonnées représente la fréquence (F) de présence d'une taille de pore donnée.
Les courbe 1 et 2 ont été réalisées sur des échantillons de faibles perméabilités. La courbe 1 a été réalisée au moyen d’un dispositif connu d’injection de mercure. La courbe 2 a été réalisée au moyen du dispositif selon l’invention. On constate que les distributions de taille de pores obtenues (deux types de pore) sont comparables.
Les courbe 3 et 4 ont été réalisées sur des échantillons de fortes perméabilités. La courbe 3 a été réalisée au moyen d’un dispositif connu d’injection de mercure. La courbe 4 a été réalisée au moyen du dispositif selon l’invention. On constate à nouveau que les distributions de taille de pores obtenues (deux types de pore) sont comparables.
Le dispositif 100 peut être utilisé pour réaliser des mesures de laboratoire par exemple, pour des mesures de courbes de pressions capillaires positives en drainage et imbibition en utilisant des plaques poreuses perméables à l'eau (hydrophiles). n utilise dans ce cas un aérogel hydrophile.
Le dispositif 100 peut être utilisé pour réaliser des mesures de laboratoire par exemple, pour des mesures de courbes de pressions capillaires négatives en drainage et imbibition en utilisant des plaques poreuses imperméables à l'eau (hydrophobes). On utilise dans ce cas un aérogel hydrophobe.
Le dispositif 100 peut être utilisé pour réaliser des mesures de laboratoire par exemple, pour des mesures de courbes d'indice de résistivité en pression capillaire positives en drainage et imbibition en utilisant des plaques poreuses perméables à l'eau (hydrophiles).
Liste de références
100 : dispositif à plaque poreuse semi-perméable
200 : cellule de confinement de l’échantillon 600
210 : corps allongé de la cellule 200
220 : première plaque poreuse de la cellule 200, perméable au fluide saturant l’échantillon 600
230 : couche de poudre d'aérogel recouvrant la première plaque poreuse
240 : seconde plaque poreuse de la cellule 200, perméable au fluide saturant l’échantillon 600
250 : couche de poudre d'aérogel recouvrant la seconde plaque poreuse
260 : premier embout de la cellule 200
262 : capillaire traversant le premier embout 260
266 : moyens de pression pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon 600,
266a : élément élastique, tel qu’un ressort, des moyens de pression 266
266b : vis de serrage permettant une compression de l’élément élastique 266a
270 : second embout de la cellule 200
272 : capillaire traversant le second embout 270
290 : support de la première plaque poreuse 220 semi-perméable
300 : système d’injection d’au moins un second fluide dans l’échantillon 600 placé dans la cellule de confinement 200
400 : moyen de mesure de la quantité de premier fluide déplacée hors de la cellule 200 lors d’une expérience de déplacement au moyen du dispositif 100
500 : appareil 500 de mesure de la résistivité de l'échantillon 600
600 : échantillon solide poreux saturé par un premier fluide
700 : électrode de courant apte à être disposée aux deux extrémités de l’échantillon
710 : électrode de tension apte à être disposée autour de l’échantillon 600, tel qu’un ressort en acier inoxydable
E1, E2 : moyen de serrage conducteur de l’électrode de tension 710 contre l’échantillon 600
715 : moyen conducteur entre l’électrode de tension 710 et le moyen de serrage E1, E2, comportant une électrode du type rondelle en laiton
720 : support de l’électrode de tension 710
200 : cellule de confinement de l’échantillon 600
210 : corps allongé de la cellule 200
220 : première plaque poreuse de la cellule 200, perméable au fluide saturant l’échantillon 600
230 : couche de poudre d'aérogel recouvrant la première plaque poreuse
240 : seconde plaque poreuse de la cellule 200, perméable au fluide saturant l’échantillon 600
250 : couche de poudre d'aérogel recouvrant la seconde plaque poreuse
260 : premier embout de la cellule 200
262 : capillaire traversant le premier embout 260
266 : moyens de pression pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon 600,
266a : élément élastique, tel qu’un ressort, des moyens de pression 266
266b : vis de serrage permettant une compression de l’élément élastique 266a
270 : second embout de la cellule 200
272 : capillaire traversant le second embout 270
290 : support de la première plaque poreuse 220 semi-perméable
300 : système d’injection d’au moins un second fluide dans l’échantillon 600 placé dans la cellule de confinement 200
400 : moyen de mesure de la quantité de premier fluide déplacée hors de la cellule 200 lors d’une expérience de déplacement au moyen du dispositif 100
500 : appareil 500 de mesure de la résistivité de l'échantillon 600
600 : échantillon solide poreux saturé par un premier fluide
700 : électrode de courant apte à être disposée aux deux extrémités de l’échantillon
710 : électrode de tension apte à être disposée autour de l’échantillon 600, tel qu’un ressort en acier inoxydable
E1, E2 : moyen de serrage conducteur de l’électrode de tension 710 contre l’échantillon 600
715 : moyen conducteur entre l’électrode de tension 710 et le moyen de serrage E1, E2, comportant une électrode du type rondelle en laiton
720 : support de l’électrode de tension 710
Claims (15)
- Cellule (200) d’un dispositif (100) à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide sur un échantillon solide poreux (600) saturé par au moins un premier fluide, la cellule (200) comportant au moins une plaque poreuse semi-perméable (220) au premier fluide, caractérisé en ce que la plaque poreuse (220) est recouverte d’une couche (230) de poudre d'aérogel, la couche (230) étant destinée à être en contact avec une extrémité de l’échantillon (600).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, comportant une seconde plaque poreuse semi-perméable (240) recouverte d’une seconde couche (250) de poudre d'aérogel, la seconde couche (250) étant destinée à être en contact avec une seconde extrémité de l’échantillon (600).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, comportant des moyens de pression (266) pour exercer une pression de confinement axiale sur l'échantillon (600).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens de pression (266) comportent un moyen élastique (266a), tel qu’un ressort, apte à pousser la plaque poreuse semi-perméable (220) vers la seconde plaque poreuse semi-perméable (240), afin de plaquer les couches (230, 50) de poudre d'aérogel contre l’échantillon (600).
- Cellule (200) selon l’une des revendications précédentes, comportant une électrode de tension (710) apte à être disposée autour de l’échantillon (600), et à être maintenu en contact avec l’échantillon (600) au moyen d’un élément de serrage conducteur (715, E1, E2).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle l’électrode (300) est formée d’un ressort en acier inoxydable.
- Cellule (200) selon la revendication précédente, comprenant un corps allongé (210) fermé à ses extrémités opposées par un premier et un second embouts (260, 270), les deux embouts (260, 270) définissant un volume lorsqu’ils sont en positon montée sur la cellule (200), le volume état apte à recevoir un support (290) de la plaque poreuse semi-perméable (220) et l’échantillon (600).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle le support (290) comporte un évidement dans lequel est insérée la plaque poreuse semi-perméable (220).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle le second embout (270) comporte un second évidement dans lequel est insérée la seconde plaque poreuse semi-perméable (240).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier embout (260) comporte un logement pour les moyens de pression (266).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier embout (260) et le support (290) sont traversés par un tube (262), le tube (262) étant apte à évacuer en dehors de la cellule (200), un fluide sortant de la première plaque poreuse semi-perméable (220).
- Cellule (200) selon la revendication précédente, dans laquelle le second embout (270) est traversé par un tube (272), le tube (272) étant apte à évacuer en dehors de la cellule (200), un fluide sortant de la seconde plaque poreuse semi-perméable (240).
- Dispositif (100) à plaque poreuse semi-perméable pour réaliser des expériences de déplacements de fluide sur un échantillon solide poreux (600) saturé par au moins un premier fluide, comportant une cellule (200) de confinement de l’échantillon (600) selon l’une des revendications précédentes.
- Dispositif (100) selon la revendication précédente, comportant :
- un système d’injection (300) d’au moins un second fluide dans l’échantillon (600) placé dans la cellule de confinement (200) ;
- un moyen de mesure (400) de la quantité de premier fluide déplacée hors de la cellule (200) lors d’une expérience de déplacement au moyen du dispositif (100). - Dispositif (100) selon la revendication précédente, comportant un appareil (500) de mesure de la résistivité de l'échantillon (600) relié à une électrode (700, 710) de la cellule (200).
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