FR3116607A1 - Installation mobile de mesure d’au moins une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une installation mobile (1) qui comporte au moins deux cellules (6) contant un milieu granulaire, des moyens de mesure de la différence de pression (9), des pompes d’injection d’un fluide (3). Figure 1 à publier
Description
La présente invention concerne le domaine des mesures de propriétés d’écoulement d’un fluide dans un milieu poreux, notamment un milieu poreux issu d’une formation souterraine.
Les mesures des propriétés d’écoulement d’un fluide dans un milieu poreux peuvent servir dans différents domaines notamment la dépollution des sols, le stockage de gaz, la production d’hydrocarbures, la géothermie, la production d’hydrogène naturel, le traitement de l’eau, la géochimie, etc.
Selon un exemple, des mesures des propriétés d’écoulement peuvent servir à la détermination de la saturation résiduelle en huile d’une formation souterraine, en particulier lors de l'exploration et l'exploitation de puits d'hydrocarbures, et particulièrement pour la récupération assistée d’hydrocarbures (EOR : de l’anglais Enhanced Oil Recovery).
On estime aujourd'hui que pour l’ensemble des réservoirs pétroliers actifs, 60%-65% de l’huile en place reste piégée. Différents mécanismes sont à l’origine de ce piégeage, par exemple, l’hétérogénéité géologique engendre un déplacement non homogène de l’huile à l’échelle du réservoir. Mais même à l’échelle locale, la présence d’une tension interfaciale entre l’eau et l’huile conduit à un piégeage capillaire de la phase huile au centre des pores dans le cas des roches mouillables à l’eau. Ce piégeage peut représenter jusqu’à 50% de l’huile en place. Les réservoirs mouillables à l’eau constituent à peu près la moitié des réservoirs dans le monde.
Par conséquent, mobiliser l'huile résiduelle contenue dans la matrice en conditions de mouillabilité préférentielle à l’eau est un véritable défi. Cependant, l’utilisation de tensioactifs injectés en phase aqueuse peut permettre une diminution très importante du piégeage capillaire. Les tensioactifs ont la propriété de pouvoir abaisser très notablement cette tension voire de quasiment l’annuler. L'utilisation d'additifs tensioactifs a été testée avec succès sur les grès dans les années 1980 et connaît un regain d'intérêt. Les procédés de récupération assistée du pétrole (hydrocarbures) par injection de tensioactif représentent un fort potentiel car ils permettent de dépiéger une quantité importante d'huile bloquée dans les pores de la roche.
Pour caractériser le dépiégeage capillaire, il est nécessaire de réaliser des mesures de propriétés relatives de l’écoulement de fluides dans le milieu poreux. Actuellement, les méthodes utilisées nécessitent plusieurs semaines pour obtenir cette caractérisation de l’écoulement de fluides. En effet, il est actuellement nécessaire de préparer des échantillons de roche ayant un volume de pore suffisant pour que les fluides produits et collectés à la sortie du volume poreux aient un volume suffisant pour caractériser les propriétés du milieu poreux (typiquement plusieurs millilitres). Ainsi, les tailles typiques d’échantillon sont de l’ordre de 5 cm de diamètre et 10 cm de longueur. Les échantillons sont ensuite initialement saturés en eau, puis drainés avec de l’huile, et enfin balayés à l’eau pour obtenir la saturation résiduelle en huile. Puis une injection d’un volume d’une formulation ASP (ASP pour Alcalin, Surfactant Polymère) est réalisée suivie d’une séquence finale de balayage à l’eau. A la fin de la séquence, la saturation résiduelle en huile est déduite du volume totale d’huile produit à la sortie du milieu poreux.
Par ailleurs, dans d’autres domaines techniques, tels que la dépollution des sols, le stockage de gaz, la production d’hydrocarbures, la géothermie, la production d’hydrogène naturel, le traitement de l’eau, la géochimie, il peut être intéressant de caractériser rapidement l’écoulement d’un fluide au sein d’un milieu poreux, notamment un milieu poreux formé par un polymère.
Afin de caractériser l’écoulement d’un fluide dans un milieu poreux, il est d’usage de mettre en œuvre des mesures dans un coreflood, c’est-à-dire dans un échantillon de roche, généralement de forme cylindrique, dans lequel on fait passer un ou plusieurs fluides. Pendant le passage du ou des fluides dans le coreflood, on réalise au moins une mesure afin de déterminer une propriété de l’écoulement, par exemple la saturation en eau, la saturation en huile, etc.
Une telle mise en œuvre est décrite notamment dans la demande de brevet FR 3047315 (WO2017/129312) dans le cadre d’un coreflood de dimension réduite et de mesures par radiographie à rayons X. Bien que la méthode décrite dans cette demande de brevet donne satisfaction, cette méthode n’est pas adaptée pour la mesure dans un milieu granulaire. De plus, cette méthode nécessite de répéter la méthode pour vérifier la répétabilité des résultats, ou pour faire varier un paramètre (par exemple la composition du fluide injecté), et par conséquent, la durée des essais peut rester importante lorsque l’on souhaite tester plusieurs fluides, et vérifier la répétabilité des résultats. De plus, cette méthode nécessite des moyens de mesure par radiographie à rayons X, ce qui rend difficilement déplaçable le dispositif. Or, il peut être utile de déplacer l’appareil pour réaliser les mesures au plus près de la formation souterraine à exploiter, afin de pouvoir adapter l’exploitation de la formation souterraine le plus rapidement possible.
Les demandes de brevet FR 3086394 (WO2020/058134) et FR 3088118 (WO2020/094396) décrivent des perfectionnements de ce dispositif. Toutefois, ces perfectionnements ne permettent pas de résoudre les problèmes liés à l’adaptation à un milieu granulaire, à la mobilité du dispositif de mesure, et à la durée des essais, lorsque l’on souhaite tester plusieurs fluides et vérifier la répétabilité des résultats.
L’invention a pour but de déterminer une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux, en particulier un milieu granulaire, de manière rapide et au moyen d’une installation qui peut être déplacée. Pour cela, l’invention concerne une installation mobile qui comporte au moins deux cellules contant un milieu granulaire, des moyens de mesure de la différence de pression, des moyens d’injection d’un fluide. Du fait des équipements, l’installation est mobile. De plus, la pluralité de cellules permet de paralléliser plusieurs mesures, soit pour contrôler la répétabilité, soit pour faire varier un paramètre d’écoulement, et ainsi, diminuer le temps d’expérimentation.
L’invention concerne une installation mobile de mesure d’au moins une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux. Ladite installation mobile comporte :
- Au moins deux cellules comprenant un milieu granulaire tassé, ledit milieu granulaire étant représentatif dudit milieu poreux,
- Au moins une pompe d’injection d’au moins un fluide dans lesdites au moins deux cellules,
- Au moins une conduite de sortie reliée auxdites au moins deux cellules pour extraire au moins un fluide desdites au moins deux cellules,
- Des moyens de mesure de la différence de pression entre le fluide en entrée desdites au moins deux cellules et le fluide en sortie desdites au moins deux cellules,
- Des moyens de détermination de ladite au moins une propriété d’écoulement dudit fluide dans ledit milieu poreux, à partir desdites mesures de la différence de pression.
Selon un mode de réalisation, ladite installation comporte au moins quatre cellules.
Avantageusement, ladite installation comporte une cellule de préchauffe dudit fluide agencée entre ladite au moins une pompe d’injection et lesdites au moins deux cellules, de préférence ladite cellule de préchauffe est une puce à microsillons.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, ladite installation comporte au moins un moyen de mesure complémentaire choisi parmi :
- un débitmètre pour mesurer le débit dudit au moins un fluide entre ladite au moins une pompe d’injection et lesdites au moins deux cellules,
- des moyens de mesure du pH dudit fluide, en sortie desdites au moins deux cellules,
- un conductimètre installé sur ladite conduite de sortie,
- des moyens de mesure optique au sein d’au moins une cellule, choisis notamment parmi, un Raman, un capteur UV, un capteur de fluorescence, un capteur de diffusion de la lumière DLS.
Selon un aspect, ladite installation comporte deux pompes d’injection, de préférence une pompe à clapets et une pompe adaptée aux fluides sensibles au cisaillement.
Selon une option de réalisation, ladite conduite de sortie comporte un séparateur liquide/liquide et/ou un séparateur liquide/gaz et/ou un collecteur d’au moins une phase.
Conformément à une mise en œuvre, ladite installation comporte des moyens de régulation de la pression au sein desdites au moins deux cellules.
Selon un mode de réalisation, ladite installation comporte des vannes commandées pour contrôler la circulation du fluide dans lesdites au moins deux cellules, lesdites vannes commandées étant agencées respectivement en entrée et en sortie desdits au moins deux cellules.
De manière avantageuse, ladite installation comporte quatre cellules, et une conduite de bypass de chaque cellule, et dans laquelle ladite installation comporte une vanne commandée neuf voies, avec une voie connectée à ladite au moins une pompe d’injection, une voie connectée à chaque cellule et une voie connectée à chaque conduite de bypass, ainsi que deux vannes commandées cinq voies, avec une voie connectée à ladite conduite de sortie, deux voies connectées à deux cellules, et deux voies connectées à des conduites de bypass.
Avantageuse, lesdites au moins deux cellules sont adaptées à une mesure de Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN).
Selon un aspect, ledit milieu granulaire est choisi parmi un grès, un calcaire, un argile, un catalyseur, un matériau organique, un métal.
Selon une mise en œuvre, ledit milieu granulaire comprend des particules dont les dimensions sont supérieures ou égales à 30 µm.
Conformément à un mode de réalisation, ledit au moins un fluide est choisi parmi un liquide aqueux, un solvant organique, un liquide organique, un gaz, un fluide comportant des bactéries.
Selon une option de réalisation, ladite propriété d’écoulement est choisie parmi la perméabilité, le volume poral, l’injectivité, l’adsorption dynamique, la saturation en un fluide.
Selon un aspect, ladite installation comporte des moyens de commande de ladite au moins une pompe d’injection et desdits moyens de mesure.
En outre, l’invention concerne une utilisation d’une installation mobile selon l’une des caractéristiques précédentes pour déterminer une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux d’une formation souterraine pour déterminer un procédé d’exploitation de ladite formation souterraine, notamment le stockage de gaz, la production d’hydrocarbures, la géothermie, la production d’hydrogène naturel, le traitement de l’eau, la dépollution des sols, la géochimie.
Selon un mode de réalisation, on réalise des mesures pour plusieurs fluides et on détermine ladite exploitation de ladite formation souterraine en fonction de ladite propriété d’écoulement desdits fluides dans ledit milieu poreux.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La illustre une installation mobile selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La illustre une installation mobile selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La illustre une installation mobile selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
La illustre une cellule de préchauffe selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre des mesures de différence de pression obtenues au moyen de l’installation selon un mode de réalisation pour un exemple d’application, de manière à déterminer la perméabilité du milieu poreux.
La présente invention concerne une installation mobile de mesure d’au moins une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux. L’installation est dite mobile, car elle est apte à être déplacée d’un site à un autre, sans démontage des équipements. Ainsi, il est possible de déplacer l’installation sur un site dans lequel on a besoin de connaître une propriété d’écoulement d’un fluide dans une formation souterraine. De cette manière, l’invention présente notamment les avantages suivants :
- l’installation mobile de mesure ne nécessite pas de transport et de réception d’échantillon du milieu de la formation souterraine,
- l’installation mobile de mesure permet d’éviter des problèmes de douanes, de législation,
- l’installation mobile de mesure limite les risques de contamination du milieu poreux ou du fluide à analyser, et
- l’installation mobile de mesure permet une analyse quasiment en temps réel, ce qui permet un contrôle du site souterrain quasiment en temps réel.
Les propriétés d’écoulement peuvent être notamment la perméabilité, le volume poral, l’injectivité, l’adsorption dynamique, la saturation en un fluide, par exemple la saturation moyenne du fluide et/ou la différence de pression du fluide au sein du milieu poreux, etc. Les propriétés de l’écoulement peuvent être dépendants des paramètres opérationnels des expérimentations ainsi que des débits de chaque fluide.
Le fluide peut être de tout type, il peut comporter notamment au moins une phase choisie parmi une phase aqueuse, une phase huile, un solvant organique, un liquide organique, un gaz, un fluide comportant des bactéries, etc. Lorsque le fluide comporte une phase aqueuse, il peut comporter en outre au moins un additif, par exemple un tensioactif. Les tensioactifs ont la propriété de pouvoir abaisser très notablement la tension interfaciale entre l’eau et l’huile, voire de quasiment l’annuler. Lorsque le fluide comporte un gaz, il peut par exemple être utilisé pour former une mousse dans la cellule, pour mettre en œuvre des expérimentations pour des procédés de type mousse.
Selon l’invention, l’installation mobile comporte au moins les équipements suivants :
- au moins deux cellules comprenant un milieu granulaire tassé, les cellules sont configurées pour enfermer le milieu granulaire, le milieu granulaire tassé est représentatif du milieu poreux,
- au moins une pompe d’injection d’au moins un fluide dans les au moins deux cellules,
- au moins une conduite de sortie des au moins deux cellules, pour extraire au moins un fluide des au moins deux cellules,
- des moyens de mesure de la différence de pression du fluide entre la pression du fluide en entrée des au moins deux cellules et la pression du fluide en sortie des au moins deux cellules, et
- des moyens de détermination de la propriété d’écoulement du fluide dans le milieu poreux à partir des mesures de la différence de pression.
La pluralité de cellules permet de réaliser plusieurs mesures en parallèle, par exemple des mesures pour des conditions identiques, afin de vérifier la répétabilité des mesures, et/ou des mesures pour des conditions différentes (par exemple débit différent, milieu granulaire différent, injection de fluide différent, etc.) pour déterminer des propriétés d’écoulement pour différentes conditions. Ce parallélisme permet de réduire la durée d’expérimentations. Les cellules (le contenant) sont préférentiellement toutes identiques : même formes, mêmes dimensions, mêmes matériaux. Ainsi, la comparaison des expérimentations est favorisée.
Le milieu granulaire représente le milieu poreux pour lequel on souhaite déterminer la propriété d’écoulement du fluide. Pour cette représentativité, il est préalablement tassé, afin d’avoir un milieu granulaire compact et homogène. Le tassage peut notamment être mis en œuvre par vibrations. Il peut par exemple être constitué choisi parmi un grès, un calcaire, un argile, un catalyseur, un matériau organique, un métal, etc. De préférence, les particules formant le milieu granulaire peuvent avoir une dimension moyenne supérieure ou égale à 30 µm. En outre, les particules formant le milieu granulaire peuvent avoir une dimension moyenne inférieure ou égale à 2 mm.
Les moyens de détermination de la propriété d’écoulement peuvent comprendre des moyens informatiques, notamment un ordinateur, pour la détermination de la propriété d’écoulement à partir des mesures (mesures de différentiel de pression, et éventuelles mesures complémentaires décrites ci-dessous).
Selon un mode de réalisation, l’installation mobile peut comporter au moins quatre cellules, afin de réaliser au moins quatre écoulements simultanés pour limiter la durée d’expérimentation.
Lors du fonctionnement de l’installation, les cellules peuvent être sensiblement verticales, l’entrée du fluide pouvant être mis en œuvre dans la partie inférieure des cellules, et la conduite de sortie pouvant être connectée à la partie supérieure des cellules.
Selon un aspect de l’invention, l’installation mobile peut comporter des moyens de chauffage du fluide et/ou des au moins deux cellules. Par exemple, l’installation mobile peut comporter une cellule de préchauffe du fluide agencée entre l’au moins une pompe d’injection et les au moins deux cellules. La cellule de préchauffe peut être unique et commune pour toutes les cellules, alternativement une cellule de préchauffe peut être prévue pour chaque cellule. Selon un exemple de réalisation, la cellule de préchauffe peut être une puce à microsillons (puce microfluidique). Une telle puce à microsillons peut servir, le cas échéant, à mélanger plusieurs fluides qui sont injectés dans les cellules. La puce à microsillons peut comporter une entrée de fluide par fluide injecté, une zone de mélange des fluides, et une zone de réaction entre les fluides. La zone de mélange des fluides peut comprendre des jonctions en forme de T pour favoriser le mélange. La zone de mélange de fluides, et la zone de réaction entre les fluides peuvent être formées par des microsillons en forme de serpentin.
De plus, les moyens de chauffage des cellules peuvent être prévues pour chauffer les cellules jusqu’à 150 °C. Ainsi, il est possible de réaliser des expérimentations à différentes températures, et notamment, on peut mettre en œuvre des expérimentations à des températures pouvant être rencontrées dans une formation souterraine.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, l’installation mobile peut comporter des moyens de mesure complémentaires, afin de préciser les mesures ou pour déterminer des propriétés d’écoulement supplémentaires. L’installation peut notamment comporter un ou plusieurs des moyens de mesure complémentaires listés ci-dessous :
- un débitmètre pour mesurer le débit de l’au moins un fluide entre l’au moins une pompe d’injection et les au moins deux cellules, le débitmètre permet de réduire les incertitudes de mesure en ce qui concerne l’estimation du débit qui pourrait être obtenue à partir du fonctionnement de l’au moins une pompe d’injection,
- des moyens de mesure du pH du fluide, en sortie des au moins deux cellules, ainsi on peut caractériser le fluide en sortie des au moins deux cellules,
- un conductimètre installé sur ladite conduite de sortie, un tel moyen de mesure peut être utilisé pour tracer un fluide salin, ce qui permet d’obtenir des informations sur le volume de pore accessible en écoulement,
- des moyens de mesure optique au sein d’au moins une cellule, choisis notamment parmi : un Raman (notamment pour la détection de pesticides), un capteur UV (notamment pour les tensio-actifs et les molécules contenues dans les eaux polluées), un capteur de fluorescence (notamment pour les tensio-actifs), un capteur de diffusion de la lumière DLS (notamment pour mesure la taille des particules en sortie de la cellule), etc.
Selon une option de réalisation, l’installation peut comporter des moyens de régulation de la pression au sein des cellules. Ainsi, on peut réaliser des expérimentations d’écoulement de fluide à différentes pressions, par exemple les pressions peuvent représenter celles rencontrées dans la formation souterraine. Par exemple, on peut réguler la pression dans les cellules jusqu’à 1 MPa (10 bars). Les moyens de régulation de la pression peuvent ajuster et maintenir la pression de travail, par exemple au moyen d’un gaz rare, tel que l’azote. De plus, selon une mise en œuvre de cette réalisation, les moyens de régulation de la pression peuvent être prévus pour réguler une pression différente dans chaque cellule, afin d’avoir des conditions différentes de pression.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’au moins une pompe peut être reliée à au moins une réserve d’un fluide à injecter. L’installation peut comporter plusieurs réserves de fluide, lorsque l’écoulement de plusieurs fluides sont à analyser.
Selon un aspect de l’invention, l’installation peut comporter au moins deux pompes d’injection, et de préférence deux pompes d’injection. Les pompes d’injection peuvent être de technologies différentes de manière à pouvoir injecter dans les cellules tous types de fluide. Par exemple, une des pompes d’injection peut être une pompe à clapets de type HPLC (chromatographie liquide à haute pression, de l’anglais « high pressure liquid chromatography »), ce type de pompe d’injection permet des gradients de composition/concentration de fluides. Par exemple, une pompe P900 de la société AMERSHAM peut convenir à l’invention. De plus, une des pompes d’injection peut être une pompe adaptée aux fluides sensibles aux cisaillements (présents notamment dans les pompes à clapets), notamment une pompe volumétrique polyvalente à deux cylindres. Par exemple, une pompe DCP50 de la société STRATA TECHNOLOGY LTD peut convenir à l’invention. Toutefois, tout type de pompe d’injection peut être mise en œuvre dans l’installation selon l’invention.
L’au moins une pompe d’injection peut être prévue pour injecter au moins un fluide avec un débit d’injection compris entre 0,1 et 120 mL/h. Ainsi, l’invention permet de réaliser des mesures d’expérimentation haut débit, favorisant la rapidité des expérimentations.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, la conduite de sortie peut être reliée à au moins un des éléments suivants :
- un séparateur liquide/liquide, pour séparer deux phases liquides du fluide en sortie des cellules, par exemple pour séparer une phase aqueuse d’une phase huile,
- un séparateur liquide/gaz, pour séparer une phase liquide d’une phase gazeuse en sortie des cellules,
- un collecteur d’au moins une phase, pour collecter tout ou une partie du fluide (par exemple si le collecteur est associé à un séparateur, il peut collecter une des deux phases séparées).
Ces séparateurs et ce collecteur permettent de réaliser des mesures relatives au fluide sortant des cellules. Selon un exemple non limitatif, grâce à ces éléments, on peut quantifier un ratio eau/huile, ou eau/gaz du fluide en sortie des cellules.
Selon une mise en œuvre, la conduite de sortie peut comporter un des deux séparateurs et un collecteur. De préférence, la conduite de sortie peut comporter les trois éléments : un séparateur liquide/liquide, un séparateur liquide/gaz et un collecteur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, des conduites de bypass peuvent être prévues pour bypasser les cellules. Les conduites de bypass permettent de limiter les volumes morts et d’optimiser les phases d’injection de fluide dans les cellules.
Afin de contrôler la circulation du fluide vers les cellules et depuis les cellules, il peut être prévu des moyens de vannage en entrée et en sortie des cellules. Les moyens de vannage en entrée peuvent comporter une vanne avec une voie connectée à l’injection du fluide (c’est-à-dire reliée directement ou indirectement à l’au moins une pompe d’injection) et une voie pour chaque cellule. Les moyens de vannage en sortie peuvent comporter une vanne avec une voie connectée à la conduite de sortie, et au moins pour une cellule. Les moyens de vannage en sortie peuvent comprendre deux vannes.
Pour le mode de réalisation pour lequel l’installation comporte quatre cellules, et pour lequel une conduite de bypass est prévue pour chaque cellule, les moyens de vannage peuvent comporter :
- en entrée, une vanne neuf voies, avec :
- une voie connectée à l’injection,
- une voie connectée à chaque cellule, et
- une voie connectée à chaque conduite de bypass,
- en sortie, deux vannes cinq voies, chaque vanne cinq voies comprenant :
- une voie connectée à la conduite de sortie,
- deux voies connectées à deux cellules, et
- deux voies connectées à deux conduites de bypass, en particulier aux conduites de bypass des deux autres cellules sont reliées à la vanne cinq voies.
Afin de favoriser des mesures supplémentaires en fin d’expérimentation, les cellules peuvent être adaptées à la réalisation de mesures de RMN (Résonance Magnétique Nucléaire). Pour cela, les cellules peuvent être réalisées en matériau tel que le PEEK (polyétheréthercétone), ou tout matériau analogue.
Selon un exemple non limitatif, chaque cellule peut avoir un volume de milieu granulaire de compris entre 0,5 et 30 cm3, de préférence entre 0,5 et 22 cm3.
De préférence, les cellules peuvent avoir sensiblement une forme cylindrique, afin d’optimiser des écoulements de fluide homogènes. Chaque cellule peut avoir un diamètre interne compris entre 0,5 et 2cm, ainsi qu’une longueur utile comprise entre 1 et 15cm, de préférence entre 2 et 7 cm (c’est-à-dire la longueur utilisable par le milieu granulaire dans la cellule).
Afin de pouvoir être facilement transportable, l’installation mobile peut être contenue dans un caisson sensiblement parallélépipédique. Le caisson peut avoir une longueur inférieure ou égale à 2 m de préférence inférieure ou égale à 1,8 m, une hauteur inférieure ou égale à 1 m, de préférence inférieure ou égale à 0,9 m et une largeur inférieure ou égale à 1 m, de préférence inférieure ou égale à 0,7 m.
Pour cette mise en œuvre, les équipements de l’installation mobile d’analyse peuvent être fixes par rapport au caisson.
Conformément à une mise en œuvre de l’invention, l’installation peut comporter des moyens de commande. Les moyens de commande peuvent commander l’au moins une pompe d’injection et les moyens de mesure (moyens de mesure de différence de pression, et les éventuels moyens de mesure complémentaires), ainsi que les éventuels moyens de vannage, les éventuels moyen de séparation, etc. Les moyens de commande permettent l’automatisation de la détermination d’au moins une propriété d’écoulement du fluide dans un milieu poreux. Ces moyens de commande peuvent être des moyens informatiques, qui comportent au moins un ordinateur. Ils peuvent être identiques aux moyens informatiques permettant la détermination de l’au moins une propriété d’écoulement à partir des mesures.
De plus, les moyens informatiques peuvent comprendre des moyens d’affichage des mesures (mesures de différentiel de pression, et éventuelles mesures complémentaires) et de la propriété d’écoulement déterminée.
En outre, l’invention concerne l’utilisation d’une installation mobile d’analyse selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites ci-dessus, pour caractériser l’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux d’une formation souterraine (autrement dit, l’invention concerne en outre un procédé de détermination d’au moins une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux, le procédé mettant en œuvre l’installation mobile d’analyse selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites ci-dessus). Cette utilisation de l’installation est mise en œuvre pour déterminer une exploitation d’une formation souterraine, on appelle exploitation de la formation souterraine : le stockage de gaz, la production d’hydrocarbures, par exemple la récupération assistée de pétrole (EOR), la géothermie, la production d’hydrogène naturel, le traitement de l’eau, la dépollution des sols, la géochimie, etc. Ainsi, les expérimentations mises en œuvre permettent de déterminer au moins une étape d’un procédé d’exploitation de la formation souterraine, par exemple le type de fluide injecté, la quantité de fluide injecté, le type et la quantité de bactéries injectées, le type et la quantité de biocide injecté, le procédé de dépollution des sols, etc. Grâce à la mobilité de l’installation, les expérimentations peuvent être réalisées au plus près de la formation souterraine à exploiter, ce qui permet une optimisation quasiment en temps réel de l’exploitation de la formation souterraine.
Selon un mode de réalisation, on peut réaliser des mesures pour plusieurs fluides, et on peut déterminer l’exploitation de la formation souterraine en fonction de la propriété d’écoulement obtenu au moyen de l’installation mobile pour chaque fluide. En effet, les expérimentations permettent de tester plusieurs fluides, et de choisir un fluide optimal en fonction de la mesure de l’écoulement.
Selon un mode de réalisation, pour lequel on analyse l’intérêt de l’injection d’un tensioactif dans un milieu poreux, le procédé selon l’invention peut comprendre la séquence d’injection suivante :
- drainage à l’huile avec plusieurs débits différents, c’est-à-dire injection d’huile pour drainer l’eau présente dans le milieu granulaire, par exemple à quatre débits différents,
- balayage à l’eau à plusieurs débits différents, c’est-à-dire injection d’eau pour éliminer le surplus d’huile, par exemple à deux débits différents, le balayage à l’eau peut se réaliser à débit très faible voire nul, dans ce cas, l’eau balaie le milieu poreux uniquement par les forces capillaires, on parle d’imbibition spontanée.
- injection d’une phase aqueuse comprenant un tensioactif (surfactant) à différents débits croissants, par exemple huit débits différents, jusqu’à désaturation totale de l’huile.
Pendant ces quatre étapes, des mesures de différence de pression sont réalisées.
De plus, cette séquence peut comprendre les étapes suivantes :
- injection d’un volume d’eau de balayage, et
- rinçage et nettoyage de l’échantillon.
Selon une alternative, le procédé selon l’invention peut comprendre l’injection simultanée d’eau et huile pour différents débits. Ces injections communes permettent notamment une mesure de la perméabilité relative.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation mobile 1 de détermination d’une propriété d’écoulement selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’installation mobile 1 comporte deux réserves de fluide 2, et deux pompes d’injection 3. Les pompes d’injection 3 injectent les fluides issus des réserves de fluide 2 dans deux cellules 6 sensiblement verticales qui comportent un milieu granulaire tassé, l’injection étant mise en œuvre dans la partie inférieure des cellules 6. Une conduite de sortie 16 est prévue de l’autre côté des cellules 6, c’est-à-dire dans la partie supérieure des cellules. De plus, un capteur de différence de pression 9 est prévu entre l’entrée et la sortie des cellules 6.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation mobile 1 de détermination d’une propriété d’écoulement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. L’installation mobile 1 comporte deux réserves de fluide 2, et deux pompes d’injection 3. Les pompes d’injection 3 injectent les fluides issus des réserves de fluide 2 dans quatre cellules 6 sensiblement verticales qui comportent un milieu granulaire tassé, l’injection étant mise en œuvre dans la partie inférieure des cellules 6. Une conduite de sortie 16 est prévue de l’autre côté des cellules 6, c’est-à-dire dans la partie supérieure des cellules. De plus, un capteur de différence de pression 9 est prévu entre l’entrée et la sortie des cellules 6.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation mobile 1 selon un troisième mode de réalisation de l’invention, il s’agit d’un mode de réalisation préféré. L’installation mobile 1 comporte deux réserves de fluide 2, et deux pompes d’injection 3. Ensuite, une cellule de préchauffe 4 est prévue pour chauffer et mélanger les fluides en provenance des deux pompes d’injection 3. L’installation mobile comporte quatre cellules 6 sensiblement verticales qui comportent un milieu granulaire tassé, l’injection étant réalisée dans la partie inférieure des cellules 6. L’installation mobile comporte en outre quatre conduites de bypass 7, qui sont prévues pour bypasser chaque cellule 6. Une vanne neuf voies 5 est agencée entre la cellule de préchauffe 4, les cellules 6 et les conduites de bypass 7, afin de commander la circulation du fluide. En sortie des cellules 6, deux vannes cinq voies 8 sont agencées pour commander la circulation du fluide. Chaque vanne cinq voies 8 est reliée à la conduite de sortie 16, à deux cellules 6 (aux parties supérieures des cellules 6) et à deux conduites de bypass 7 qui ne correspondent pas aux cellules reliées à la vanne cinq voie 8 concernée. De plus, un capteur de différence de pression 9 est prévu entre l’entrée et la sortie des cellules 6.
En outre, la conduite de sortie 16 est connectée à des moyens de régulation de la pression 10, afin de réguler la pression dans les cellules 6. La conduite de sortie 16 est reliée également à un séparateur 12 (par exemple un séparateur liquide/liquide ou un séparateur liquide/gaz). Une première phase en sortie du séparateur 12 peut être stockée dans un collecteur 13, et une deuxième phase en sortie du séparateur 12 peut être stockée un collecteur 14 équipé d’un conductimètre 15. De plus, la conduite de sortie 16 est reliée à un réservoir 11.
La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une puce à microsillons servant de cellule de préchauffe 4, telle que celle utilisée dans le mode de réalisation de la . La cellule de préchauffe 4 comprend trois entrées de fluides 17, 18, 19, une zone de jonction en forme de T 20, une zone de de mélange 22, une zone de réaction 23, et une sortie 21. Les différentes zones sont formées par des microsillons. Pour ce mode de réalisation, les microsillons forment un serpentin, dans lequel circulent les fluides.
Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de l’installation mobile, décrites ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation .
Exemple d’application
Les caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l'exemple d'application ci-après.
Pour cet exemple, on met en œuvre l’installation mobile selon le mode de réalisation de la afin de déterminer la perméabilité relative à l’eau. Pour cet exemple, le milieu granulaire comprend du sable G39 traité et tamisé (avec des particules supérieures à 30µm, avec un taille moyenne de 100µm et la plus grande particule est de 280 µm), et on règle la pression dans la cellule à 5 bar (0,5 MPa), puis on injecte de l’eau salée. Trois cellules sont préparées de la même manière, et la quatrième cellule comporte le même milieu granulaire mais avec une densité inférieure. Ainsi grâce aux trois cellules identiques, on peut vérifier la répétabilité de la mesure, et grâce à la cellule de densité inférieure, on peut comparer la perméabilité en fonction de la densité.
On mesure la différence de pression pour chaque cellule, en fonction du débit injecté. La représente la mesure de différence de pression ΔP en bar, en fonction du débit injecté D en mL/h, pour les quatre cellules C1 à C4, la cellule C1 étant celle dont la densité est inférieure à la densité des cellules C2 à C4. On remarque que les courbes de différences de pression en fonction du débit sont similaires pour les cellules C2 à C4, par conséquent, l’invention permet bien de réaliser des expérimentations similaires simultanément. De plus, on remarque que la courbe de différence de pression en fonction du débit pour la cellule C1 est supérieure aux courbes pour les cellules C2 à C4, par conséquent, l’invention permet bien de réaliser des expérimentations différentes simultanément.
A partir de ces mesures de différences de pression, on détermine la perméabilité relative à l’eau Kw en mD pour les cellules C1 à C4, par la relation de Darcy qui relie le débit, la perméabilité et le gradient de pression du fluide. Les perméabilités déterminées sont données dans le tableau ci-dessous :
| Cellule | Kw (mD) |
| Cellule C1 | 864 |
| Cellule C2 | 1422 |
| Cellule C3 | 1670 |
| Cellule C4 | 1435 |
Les perméabilités des cellules C2 à C4 sont du même ordre de grandeur et peuvent être considérées comme identiques. La cellule C1, quant à elle n’est pas du même ordre de grandeur. Ainsi, l’installation selon l’invention permet de réaliser des expérimentations similaires simultanément, ainsi que des expérimentations différentes, ce qui permet de limiter le temps nécessaire pour les expérimentations.
Claims (17)
- Installation mobile de mesure d’au moins une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux, caractérisée en ce que ladite installation mobile comporte :
- Au moins deux cellules (6) comprenant un milieu granulaire tassé, ledit milieu granulaire étant représentatif dudit milieu poreux,
- Au moins une pompe d’injection (2) d’au moins un fluide dans lesdites au moins deux cellules (6),
- Au moins une conduite de sortie (16) reliée auxdites au moins deux cellules (6) pour extraire au moins un fluide desdites au moins deux cellules (6),
- Des moyens de mesure de la différence de pression (9) entre le fluide en entrée desdites au moins deux cellules (6) et le fluide en sortie desdites au moins deux cellules (6),
- Des moyens de détermination de ladite au moins une propriété d’écoulement dudit fluide dans ledit milieu poreux, à partir desdites mesures de la différence de pression.
- Installation mobile selon la revendication 1, dans laquelle ladite installation (1) comporte au moins quatre cellules (6).
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation comporte une cellule de préchauffe (4) dudit fluide agencée entre ladite au moins une pompe d’injection (2) et lesdites au moins deux cellules (6), de préférence ladite cellule de préchauffe (4) est une puce à microsillons.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation (1) comporte au moins un moyen de mesure complémentaire choisi parmi :
- un débitmètre pour mesurer le débit dudit au moins un fluide entre ladite au moins une pompe d’injection (3) et lesdites au moins deux cellules (6),
- des moyens de mesure du pH dudit fluide, en sortie desdites au moins deux cellules (6),
- un conductimètre installé sur ladite conduite de sortie (16),
- des moyens de mesure optique au sein d’au moins une cellule (6), choisis notamment parmi, un Raman, un capteur UV, un capteur de fluorescence, un capteur de diffusion de la lumière DLS.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation (1) comporte deux pompes d’injection (3), de préférence une pompe à clapets et une pompe adaptée aux fluides sensibles au cisaillement.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite conduite de sortie (16) comporte un séparateur liquide/liquide (12) et/ou un séparateur liquide/gaz et/ou un collecteur d’au moins une phase.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation (1) comporte des moyens de régulation de la pression (10) au sein desdites au moins deux cellules (6).
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation (1) comporte des vannes commandées (5, 8) pour contrôler la circulation du fluide dans lesdites au moins deux cellules (6), lesdites vannes commandées (5, 8) étant agencées respectivement en entrée et en sortie desdits au moins deux cellules (6).
- Installation mobile selon la revendication 8, dans laquelle ladite installation (1) comporte quatre cellules (6), et une conduite de bypass (7) de chaque cellule (6), et dans laquelle ladite installation (1) comporte une vanne commandée neuf voies (5), avec une voie connectée à ladite au moins une pompe d’injection (3), une voie connectée à chaque cellule (6) et une voie connectée à chaque conduite de bypass (7), ainsi que deux vannes commandées cinq voies (8), avec une voie connectée à ladite conduite de sortie (16), deux voies connectées à deux cellules (6), et deux voies connectées à des conduites de bypass (7).
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites au moins deux cellules (6) sont adaptées à une mesure de Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN).
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit milieu granulaire est choisi parmi un grès, un calcaire, un argile, un catalyseur, un matériau organique, un métal.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit milieu granulaire comprend des particules dont les dimensions sont supérieures ou égales à 30 µm.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit au moins un fluide est choisi parmi un liquide aqueux, un solvant organique, un liquide organique, un gaz, un fluide comportant des bactéries.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite propriété d’écoulement est choisie parmi la perméabilité, le volume poral, l’injectivité, l’adsorption dynamique, la saturation en un fluide.
- Installation mobile selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite installation (1) comporte des moyens de commande de ladite au moins une pompe d’injection et desdits moyens de mesure.
- Utilisation d’une installation mobile selon l’une des revendications précédentes pour déterminer une propriété d’écoulement d’au moins un fluide dans un milieu poreux d’une formation souterraine pour déterminer un procédé d’exploitation de ladite formation souterraine, notamment le stockage de gaz, la production d’hydrocarbures, la géothermie, la production d’hydrogène naturel, le traitement de l’eau, la dépollution des sols, la géochimie.
- Utilisation selon la revendication 16, dans lequel on réalise des mesures pour plusieurs fluides et on détermine ladite exploitation de ladite formation souterraine en fonction de ladite propriété d’écoulement desdits fluides dans ledit milieu poreux.
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