WO2009133312A2 - Procédé pour réduire l'écoulement des fluides au sein d'un milieu poreux au moyen d'un processus biologique - Google Patents

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Denis Blanchet
Valérie BEAUMONT
Frank Haeseler
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    • Y02P90/70—Combining sequestration of CO2 and exploitation of hydrocarbons by injecting CO2 or carbonated water in oil wells

Definitions

  • the present invention relates to the field of treatment of porous media.
  • the invention relates to a method for reducing the flow of fluids within a porous medium.
  • Containment processes are primarily aimed at containing liquid contaminants or groundwater within the boundaries of the contaminated site. This strategy is also used when there is a concern that contaminants may be run off from the contaminated area, or where other routes of exposure exist, such as suspended particulates.
  • in situ containment means that contaminants are left behind and containment measures are applied around the contaminated area.
  • hydraulic containment methods prumping, trenching and drains
  • physical containment methods mud walls, grout curtain or sheet pile curtain, surface covering. While hydraulic containment methods aim to prevent contamination by promoting the flow of groundwater, physical confinement methods have the role of preventing the flow of groundwater out of the contaminated site. Containment methods must be adapted to the characteristics of each site, and extensive characterization and modeling work must usually precede the choice of a method to best meet the existing situation.
  • In situ containment is therefore a very common method of containing contaminants and is often an interim solution prior to establishing a comprehensive remediation plan. In general, these methods do not result in the destruction or removal of contaminants.
  • the process of hydraulic confinement to remove dissolved contaminants in groundwater. Containment can also be applied to excavation materials.
  • the object of the invention relates to an alternative method for reducing fluid flows in a porous medium, by decreasing its permeability, by promoting or causing a carbonate precipitation reaction within the porous medium, by means of a process organic.
  • the subject of the invention relates to a method for reducing flow of fluids in a porous medium.
  • the method comprises the following steps: selecting a biological degradation process of a carbon source while modifying physicochemical conditions of said medium, so as to cause a carbonate precipitation reaction; the permeability of said medium is reduced by causing a precipitation reaction of carbonates in said medium by means of said biological process.
  • the medium is analyzed to evaluate amounts of the following elements: a carbon source, microorganisms, cations, electron acceptors and nutrients; and at least one of these elements is injected into the medium so as to optimize the carbonate precipitation reaction.
  • the elements whose quantity limits the carbonate precipitation reaction, in the form of a capsule containing these elements, can be injected into the medium and released as they undergo degradation due to a fluid-related chemical reaction. .
  • the invention it is possible to select the biological degradation process according to the analysis of the medium, among organic degradation processes of organic matter making it possible to increase the pH of the medium and to produce CO 2 .
  • Fermentative bacteria can be selected from the following bacteria: Selenomyas, Clostridium and Ruminococcus.
  • the invention also relates to a method for geological storage of acid gases, in which the permeability of geological zones is reduced by means of the method for reducing the flow of fluids in a porous medium according to the invention.
  • the invention also relates to a method for clogging altered cements in which fractures of said cements are sealed by means of the method for reducing the flow of fluids in a porous medium according to the invention.
  • the invention also relates to a method for treating an aquifer contaminated with organic compounds and / or heavy metal contamination, wherein a "tunnel and gate” method is used to degrade dissolved contaminants, and wherein the preferential flow funnel is obtained by means of the process for reducing the flow of fluids in a porous medium according to the invention.
  • the invention also relates to a process for decontaminating aquifers, in which the spatial evolution of a CO2 plume is limited by means of the method for reducing the flow of fluids in a porous medium according to the invention.
  • Figures 1A-1E illustrate examples of biological processes causing precipitation of carbonates.
  • Figure 2 illustrates the remediation process in the context of a geological storage of CO 2 by means of biological processes.
  • Figure 3 illustrates the process of clogging altered cements by biological processes.
  • Figure 4 illustrates the method of treating contaminated soil and groundwater through a tunnel / gate system implemented through biological processes.
  • Figs. 5A-5D illustrate the process for confining an aquifer pollutant zone with CO 2 by biological processes.
  • the method according to the invention makes it possible to reduce flows of fluids in a porous medium. This process is described in the context of a method of geological storage of acid gases.
  • its leaks are remedied by implementing a method for reducing the flow of fluids in a geological zone (porous medium) surmounting the underground reservoir.
  • a geological zone porous medium
  • the permeability of the porous medium is reduced by promoting or by provoking a carbonates precipitation reaction (XCO 3 ) in the medium, by means of a biological process.
  • XCO 3 carbonates precipitation reaction
  • Patent 5 143 155 describes a method for reducing the permeability of an underground geological formation by means of a mineral precipitation. This precipitation is obtained by providing the formation with a microorganism culture that modifies the solubility conditions of the medium, and thus, promotes the precipitation of minerals.
  • This phenomenon can be greatly enhanced by the injection of both biodegradable carbon sources and mineral solutions adapted to the growth and amplification of the precipitation process in the targeted porous medium.
  • Figure 2 illustrates a case of geological storage of CO 2 within an aquifer (AQU) and under a sedimentary cover (COUV).
  • CO 2 is injected (INJ) into the acquier (AQU) which extends laterally.
  • CO 2 is injected (INJ) into the acquier (AQU) which extends laterally.
  • CO 2 is injected (INJ) into the acquier (AQU) which extends laterally.
  • CO 2 is injected (INJ) into the acquier (AQU) which extends laterally.
  • carbonate confinement (CC) by means of a biological process is carried out by injecting (InjPB) compounds necessary for the precipitation of carbonates.
  • At least one source of inorganic carbon if one considers only the chemical reaction of precipitation of carbonates, and a source of organic carbon to ensure the biological activity which, in anaerobiosis, will produce CO 2 as terminal metabolism, which can subsequently be reintegrated into a carbonate precipitation reaction.
  • cations Ca, Mg, Fe
  • appropriate physicochemical conditions concentration, pH, chemical equilibrium .
  • the biological activity must help to obtain these appropriate physicochemical conditions by making the pH more basic within the system considered
  • a biological process is used in which micro-organisms generate physicochemical conditions (concentration, pH, chemical equilibrium, etc.) favorable to the precipitation of carbonates.
  • the efficiency of the biological process is enhanced by the addition of various sources of organic carbon.
  • the production of biomass and terminal metabolites under anaerobic conditions (in particular CO 2 and CH 4 ) is thus increased.
  • the addition of cations is also essential.
  • Calcium, but also iron or magnesium can be added in the form of an aqueous solution containing these cations.
  • the carbon source is:
  • a source of (organic) carbon present in the medium such as hydrocarbons, is used, or a source of carbon (urea for example) is injected.
  • This source of carbon will boost a microflora present in the area targeted by the sealing and strengthening of the bio-barrier.
  • bacteria are then used to biodegrade this carbon source, so as to produce carbonate metabolites such as CO 2 which can then occur in a carbonation reaction.
  • Phvsicochemical conditions The reactions above are equilibria. "Favorable physicochemical conditions” are therefore the conditions that shift equilibria in the direction of carbonation. These conditions concern in particular:
  • the increase in the concentration of CO 2 (terminal metabolite of the different metabolisms of successive biodegradation of organic matter under anaerobic conditions) favors the production of 'bicarbonate ions (HCO 3 ").
  • An increase in the concentration of cation-type Ca 2+, Mg 2+ etc., will promote, together with the increase of CO2 in the porous matrix, favorable physicochemical requirements to the increase of the saturation index (and thus to favor the precipitation of the mineral), for example that of the calcite, which is expressed thus:
  • the pH of the medium Given the necessary concentration conditions, it is found that the medium must be basic. Indeed, an increase in pH has the effect of promoting a precipitation of calcium carbonate. Calcium precipitation (CaCO 3 ) is observed in abiotic conditions from pH 9.5, whereas in biotic conditions, it is observed earlier for a pH value of 8.5. A favorable pH is obtained thanks to the metabolism of the bacteria.
  • the biological process associated with these bacteria therefore advantageously combines the increase of CO 2 and the increase of pH in the porous matrix. Under these conditions, there is the formation of carbonates (XCO 3 ).
  • the biological processes are therefore characterized by an ability to degrade a source of organic carbon in bicarbonate ion (HCO 3 " ), and to modify the physicochemical conditions of their environment so as to promote the formation of carbonate, by displacement of the chemical equilibria involved.
  • HCO 3 bicarbonate ion
  • This synthesis of carbonates can be carried out from different biological processes, involving metabolisms and different species of microorganisms.
  • the first biological process is an aerobic mechanism. It involves aerobic bacteria (BactA) that degrade organic matter (MO) by releasing CO 2 and water (H 2 O). From the formed CO 2 and X + cations, such as Ca 2+ , carbonates (XCO 3 ) can be formed depending on the physicochemical conditions of the medium (concentration, pH, chemical equilibrium, etc.). This mechanism requires the supply of oxygen either by the gaseous phase in the unsaturated zone of the porous medium, or by means of dissolved oxygen in the water in saturated zone.
  • FIG. 1 B Another biological process, shown in the diagram of Figure 1 B, involves fermentative bacteria (BactF) such as Selenomyas, Clostridium, Ruminococcus ... These bacteria degrade the organic matter (present either initially in the medium, or brought into the scope of the process according to the invention) in H 2 and CO 2 . The precipitation of carbonates is then possible by the presence of exopolysaccharides (EPS) present on the surface of the bacteria. This mechanism is often intermediate in the degradation of organic matter and is associated with the other processes described below.
  • BactF fermentative bacteria
  • EPS exopolysaccharides
  • a third biological process involves fermentative bacteria (BactF) and acetogens (BactAc) for the degradation of organic matter into H 2 + CO 2 intermediate products.
  • these products are used by hydrogenotrophic methanogenic bacteria (BactMH) classified in methanogenic "Archaea".
  • the starting metabolism is the same as that detailed above (diagram of Figure 1B), but then, from I 1 H 2 and CO 2 , the metabolism of methanogenic hydrogenotrophic bacteria (using CO 2 ) enter in play and allows the synthesis of CH 4 by hydrogenotrophic methanogenic bacteria.
  • the acetogenic bacteria are used to generate the hydrogen necessary for autotrophic methanogenic bacteria.
  • Hydrogen can be an important source of energy, allowing even the survival of microorganisms in the long term. As such, it can also be of non-bacterial origin.
  • Different biological and geochemical processes can generate hydrogen in depth: thermal or biological degradation (fermentation) of organic matter, reaction between dissolved gases in the CHOS system of magmas, decomposition of methane into carbon (graphite) and H 2 to temperatures higher than 600 0 C, reaction between CO 2 , H 2 O and CH 4 at high temperatures, radiolysis of water by radioactive isotopes of uranium, thorium and potassium, cataclase ferromagnesian silicates under stress in the presence of water, serpentinization, pyrite formation, ...
  • FIG. 1 D Another biological process, presented in the diagram of FIG. 1 D, again involves fermenting bacteria (BactF) and syntrophic acetogens (BactAcS) for the degradation of organic matter into intermediate products (fatty acid (AG) and acetate (AC)). Acetate is degraded by methanogenic acetoclast bacteria (BactMAc) to CO 2 + CH 4 .
  • BactF fermenting bacteria
  • BactAcS syntrophic acetogens
  • Acetate is degraded by methanogenic acetoclast bacteria (BactMAc) to CO 2 + CH 4 .
  • a last biological process again involves fermentation bacteria (BactF) for the degradation of organic matter fatty acid (FA), but also heterotrophic acetogenic bacteria (SacfcAcH) to degrade the fatty acids (AG) in acetate (AC).
  • Sulphate-reducing bacteria BactSR
  • BactSR biodegrade acetate to HS - and CO 2 and form carbonates
  • lactate formate or hydrogen as electron donors.
  • the majority may also develop in the presence of pyruvate, malate, fumarate or alcohols (ethanol, propanol).
  • the method for promoting the carbonate precipitation reaction in a porous medium comprises the following steps: the medium is analyzed to estimate the quantities of the following elements: carbon source, microorganisms, cations, acceptors of electrons and nutrients; according to the analysis of the medium, a biological process of degradation of organic matter is selected which makes it possible to increase the pH of the medium and to produce CO 2 , thus favoring a carbonate precipitation reaction; these elements are determined among those whose quantity limits the reaction of precipitation of carbonates; these limiting elements are injected into the medium, so as to promote the carbonate precipitation reaction. Analysis of the porous medium
  • Carbonates can be synthesized by different biological processes involving different metabolisms and families of microorganisms.
  • the application of these biological processes takes into account the environmental conditions of the environment in which this reduction of porosity is sought.
  • the environment is analyzed to determine the environmental conditions of the environment, in order to define the biological process best adapted to the environment.
  • source of carbon hydrocarbons, carbon source soluble in water
  • microorganisms cations
  • electron acceptors water is the terminal acceptor of electrons for the ultimate metabolism of degradation of biomass into methanogenesis, but the presence of electron acceptors such as sulfates can promote the production of sulphate-reduction forming CO 2 ,
  • nutrients for microorganisms the speed of metabolism is also a function of the micronutrients that will be used to synthesize the biomass level, therefore the intensity of the overall process of biodegradation and therefore of CO 2 production ).
  • the biological process best suited to the environment. If no microorganism is present, choose the microorganisms to be used depending on the carbon source, nutrients, etc. However, if a colony of microorganisms is already present, it will promote, in general, this biological process.
  • the elements involved in the carbonate precipitation which are in limiting quantity are determined. For example, if we find that there are enough microorganisms, but that they lack nutrients to obtain an optimal metabolism, then we consider the nutrients as limiting elements. It can also be cations: if the bacteria have enough hydrocarbon to biodegrade, but if the released carbon does not precipitate carbonates for lack of cations, then these will be considered as limiting elements.
  • the elements that can limit the carbonate precipitation reaction can be: microorganisms (possibly in the form of spores) - the cations (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ ) the source (s) of carbon the electron acceptors the micro and macro-nutriments
  • the stimulation of the biological process chosen may require the injection, in the porous medium in question, of the limiting elements. It is to provide these elements to amplify the biological processes retained, and thus lead to a precipitation phenomenon of carbonates also amplified.
  • microorganisms (optionally in the form of spores)
  • a strain of Bacillus pasteuli was used to effectively promote the precipitation of calcium carbonates (CaCO 3 ) in a porous medium.
  • the porous medium set up is progressively colonized by the biomass by sweeping the column with a solution containing urea (source of nitrogen and carbon source).
  • the microorganism solution was placed at the time of creation of the saturated porous medium with Bacillus pasteurii culture medium solution.
  • a modified solution containing both the source of nitrogen, the source of CaCl 2 as a source of calcium, and NaHCO 3 is injected.
  • urea + NH 4 Cl + CaCl 2 + NaHCO 3 the last two chemical species being species respectively leading Ca 2+ and CO 3 2 ' , which can be brought indirectly into a natural environment (alteration of calcium silicates for example for the production of calcium)) in the presence or absence of microorganisms to allow a process of basification by assimilation of urea, and thus of biological assisted carbonation, thus allowing a clogging of the porosity / permeability of the medium.
  • the composition of the solution can be as follows:
  • cements are used at production or injection wells. These cements are subject to many stresses and eventually crack.
  • the fluids oil, gas
  • the method of the invention is then used to limit these flows by clogging the fractures of the altered cement. This clogging is done by injection of the limiting elements.
  • Figure 3 illustrates this method of clogging altered cements (OmAIf).
  • an unaltered cement Cim
  • the cement is altered (CimAlt) by fractures.
  • CimRec) carbonates (XCO 3 ) cover and clog the fractures.
  • capsules containing all the elements necessary for the precipitation of carbonates are incorporated into the cement. These capsules degrade in contact with the fluid whose flow is desired to limit.
  • the fluid whose flow is desired to limit.
  • the "tunnel and gate” system is a passive remediation method that uses tunnels (funnels) to modify the flow of the aquifer.
  • the system must be installed at a depth of at least 15 to 20 meters, with a depth of at least 5 meters below dense rocks.
  • This system can be installed either at the top of the plume to prevent any growth of it, or at the tail of the plume to prevent any escape of contaminants.
  • This system is schematized, according to a view from above, in FIG. 4: the tunnel (“funnel”), which is non-permeable, allows fluid to flow through a gate (“spoil”) which is permeable and contains reagents, such as iron granules.
  • FIG. 4 illustrates the method implemented according to the invention.
  • This figure represents a top view of contaminated soil and groundwater.
  • a fluid, water in FIG. 4 circulates by draining pollutants.
  • the method according to the invention then comprises the following steps: a reactive zone (ZR) is installed containing the agents necessary for the treatment of the pollutants; injection wells (P /) are drilled so as to form a funnel (TU) whose outlet (PO) opens onto the reactive zone (ZR); at time t0, the elements necessary for the precipitation of carbonate by a biological process are injected at these wells.
  • ZR reactive zone
  • the method according to the invention can also be used in the context of aquifer decontamination, by limiting the spatial evolution of a CO 2 plume by means of biological processes.
  • This method consists of drilling injection wells (P1) so as to delimit a confinement zone. Then, one injects via its wells the elements necessary for the biological process so that there is precipitation of carbonates.
  • Figure 5 illustrates the process for confining a pollution zone of an aquifer by CO 2 .
  • Figure 5A illustrates the situation at time t0.
  • Figure 5C shows the same diagram seen from above.
  • the pollution plume (PP) extends with the flow of water (H20).
  • This impregnation body is then positioned surrounded by wells (Pl), as shown in Figure 5C.
  • the method according to the invention is applied to promote carbonation.
  • Figure 5B illustrates the situation at a later time t1.
  • Figure 5D shows the same diagram seen from above.
  • the pollution plume (PP) is stopped by the carbonate barrier (PC) formed at and around the injection wells.
  • PC carbonate barrier
  • This process of confinement is a process adaptable to all depths (unsaturated zone and saturated zone). It allows the containment of pollution at greater depths than sheet piling systems. It also makes it possible to treat any type of pollution, even for chlorinated solvents, while allowing a clean confinement of the impregnation body and the plume of pollution, and not simply by diverting it like the "Hydraufaraday" system, known to specialists .
  • the method, according to the invention, for confining aquifers in the context of the geological storage of acid gases is a rapid process to set up, very localized and easy to implement. It separates the water from the oil, allowing the flow of water while retaining the oil, with the consequence that it has no impact on the water and the air Soil of the unsaturated zone following the flow zone following this process.

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Abstract

Procédé pour réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux au moyen d'un processus biologique. On sélectionne un processus biologique capable de dégrader une source de carbone en CO2, tout en modifiant les conditions physicochimiques du milieu, et notamment en augmentant le pH, de façon à provoquer une réaction de précipitation de carbonates. On diminue la perméabilité du milieu poreux en provoquant une réaction de précipitation de carbonates au sein de ce milieu, au moyen du processus biologique. Application au stockage géologique de gaz acide par exemple.

Description

PROCÉDÉ POUR RÉDUIRE L'ÉCOULEMENT DES FLUIDES AU SEIN D'UN MILIEU POREUX AU MOYEN D'UN PROCESSUS BIOLOGIQUE.
La présente invention concerne le domaine des traitements de milieux poreux. En particulier, l'invention concerne un procédé pour réduire l'écoulement de fluides au sein d'un milieu poreux.
État de la technique
Pour réduire l'écoulement de fluides au sein d'un milieu poreux, des procédés de confinement et d'assainissement, appliqués à des lieux contaminés par des polluants, sont connus. Les procédés de confinement visent essentiellement à contenir les contaminants liquides ou les eaux souterraines, à l'intérieur des limites du lieu contaminé. Cette stratégie est également utilisée lorsqu'il y a lieu de craindre que les contaminants soient entraînés par ruissellement hors de la zone contaminée, ou lorsque d'autres voies d'exposition existent, telles que des émanations de substances volatiles en suspension.
Ces méthodes contribuent donc à l'assainissement des lieux contaminés, en prévenant la dispersion des contaminants hors de la zone touchée. L'expression « confinement in situ » signifie que les contaminants sont laissés sur place, et que les mesures de confinement sont appliquées en périphérie de la zone contaminée.
Ces méthodes peuvent être classées en deux catégories : les méthodes de confinement hydraulique (pompage, tranchées et drains), et les méthodes de confinement physique (murs de boue, rideaux par injection de coulis ou rideaux de palplanches, recouvrement de la surface). Alors que les méthodes de confinement hydraulique visent à prévenir la contamination en favorisant l'écoulement des eaux souterraines, les méthodes de confinement physique ont pour rôle d'empêcher l'écoulement des eaux souterraines hors du lieu contaminé. Les méthodes de confinement doivent être adaptées en fonction des caractéristiques de chaque lieu, et d'importants travaux de caractérisation et de modélisation doivent habituellement précéder le choix d'une méthode, afin que celle-ci réponde au mieux à la situation existante.
Le confinement in situ est donc un procédé très couramment utilisé pour contenir les contaminants et constitue souvent une solution provisoire avant l'établissement d'un plan d'assainissement global. En général, ces méthodes n'entraînent ni la destruction ni l'élimination des contaminants. Le procédé de confinement hydraulique permet toutefois d'enlever les contaminants dissous dans les eaux souterraines. Le confinement peut également s'appliquer aux matériaux d'excavation.
L'objet de l'invention concerne un procédé alternatif pour réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux, par diminution de sa perméabilité, en favorisant ou provoquant une réaction de précipitation de carbonates au sein du milieu poreux, au moyen d'un processus biologique.
La méthode selon l'invention
L'objet de l'invention concerne un procédé pour réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux. Le procédé comporte les étapes suivantes : on sélectionne un processus biologique de dégradation d'une source de carbone tout en modifiant des conditions physicochimiques dudit milieu, de façon à provoquer une réaction de précipitation de carbonates ; on diminue la perméabilité dudit milieu en provoquant une réaction de précipitation de carbonates au sein dudit milieu, au moyen dudit processus biologique.
Selon un mode de réalisation, on analyse le milieu pour y évaluer des quantités des éléments suivants : une source de carbone, des microorganismes, des cations, des accepteurs d'électrons et nutriments ; et on injecte dans le milieu au moins un de ces éléments, de façon à optimiser la réaction de précipitation de carbonate. On peut injecter dans le milieu les éléments dont la quantité limite la réaction de précipitation de carbonates, sous forme de capsule contenant ces éléments, et les libérant au fur et à mesure de leur dégradation sous l'effet d'une réaction chimique liée aux fluides.
Selon l'invention, on peut sélectionner le processus biologique de dégradation en fonction de l'analyse du milieu, parmi des processus biologiques de dégradation de matière organique permettant d'augmenter le pH du milieu et de produire du CO2.
Parmi ces procédés, on peut utiliser un processus biologique faisant intervenir des bactéries aérobies qui dégradent la matière organique en libérant du CO2 et de l'eau, ou un processus biologique faisant intervenir des bactéries fermentaires qui dégradent la matière organique en libérant du CO2 et du H2. Les bactéries fermentaires peuvent être choisies parmi les bactéries suivantes: Sélénomonas, Clostridium et Ruminococcus.
On peut également utiliser un processus biologique faisant également intervenir des bactéries acétogènes pour la dégradation de la matière organique en produits intermédiaires H2 et CO2. On peut compléter par un processus biologique faisaint également intervenir des bactéries méthanogènes hydrogénotrophes classées dans les "Archaea" méthanogènes, qui synthétisent du CH4 à parti de CO2 et H2.
On peut également utiliser un processus biologique faisant intervenir des bactéries fermentaires et acétogènes pour la dégradation de la matière organique en produits intermédiaires, acide gras et acétate, l'acétate étant dégradé par des bactéries méthanogènes acétoclastes en CO2 et CH4.
Enfin, on peut utiliser un processus biologique faisant intervenir des bactéries fermentaires pour la dégradation de la matière organique en acide gras, des bactéries acétogènes hétérotrophes pour dégrader les acides gras en acétate, et des bactéries sulfato-réductrices pour biodégrader l'acétate en HS" et CO2 et former des carbonates.
L'invention concerne également un procédé de stockage géologique de gaz acides, dans lequel on réduit la perméabilité de zones géologiques au moyen du procédé de réduction des écoulements de fluides dans un milieu poreux selon l'invention.
L'invention concerne également un procédé de colmatage de ciments altérés, dans lequel on colmate des fractures desdits ciments au moyen du procédé de réduction des écoulements de fluides dans un milieu poreux selon l'invention.
L'invention concerne également un procédé de traitement d'un aquifère contaminé par des composés organiques et/ou des contaminations aux métaux lourds, dans lequel on utilise un procédé de type "tunnel et porte" afin de dégrader des contaminants dissous, et dans lequel l'entonnoir d'écoulement préférentiel est obtenu au moyen du procédé de réduction des écoulements de fluides dans un milieu poreux selon l'invention.
Enfin, l'invention concerne également un procédé de décontamination d'aquifères, dans lequel on limite l'évolution spatiale d'un panache de C02 au moyen du procédé de réduction des écoulements de fluides dans un milieu poreux selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé 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. Présentation succincte des figures
Les figures 1A à 1E illustrent des exemples de processus biologiques à l'origine de précipitation de carbonates.
La figure 2 illustre le procédé de remédiation dans le cadre d'un stockage géologique de CO2 au moyen de processus biologiques.
La figure 3 illustre le procédé de colmatage de ciments altérés au moyen de processus biologiques.
La figure 4 illustre le procédé de traitement de sols et eaux souterraines contaminés, par un système de type tunnel/porte mis en oeuvre au moyen de processus biologiques.
Les figures 5A à 5D illustrent le procédé pour confiner une zone de pollution d'un aquifère par du CO2, au moyen de processus biologiques.
Description détaillée du procédé
Le procédé selon l'invention permet de réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux. Ce procédé est décrit dans le cadre d'un procédé de stockage géologique de gaz acides.
Lors d'un stockage géologique de gaz acide, tel que le CO2, il est nécessaire de s'assurer que le réservoir souterrain (milieu poreux) dans lequel on injecte le gaz est bien étanche. Cependant, il peut arriver que du gaz parvienne à s'échapper de ce réservoir naturel. Pour remédier à ses fuites, différentes techniques, dites techniques de « remédiation », ont été mises au point par les opérateurs.
Selon l'invention, on remédie à ses fuites en mettant en oeuvre un procédé de réduction des écoulements de fluides dans une zone géologique (milieu poreux) surmontant le réservoir souterrain. En limitant ainsi l'écoulement du gaz, on neutralise les fuites de gaz acide issus du réservoir poreux.
Pour ce faire, on diminue la perméabilité du milieu poreux en favorisant ou en provoquant une réaction de précipitation de carbonates (XCO3) au sein du milieu, au moyen d'un processus biologique. En effet, il est connu que les carbonates constituent des barrières imperméables aux fluides.
La carbonatation biologique permet donc la réduction d'écoulement de fluides au sein de structures du type couverture étanche pour le stockage de gaz acides. Ce processus de carbonatation est un processus systématiquement observé et mentionné dans le document suivant par exemple : Zhong, Lirong, Islam, M. R., 1995, « A New Microbial Plugging Process and Its Impact on Fracture Remediation. », SPE Annual Technical Conférence and Exhibition, 22-25 October 1995, Dallas, Texas. Society of Petroleum Engineers, Inc, Paper Number 30519. Cette action bactérienne concourre au bouchage de la porosité du milieu dans les réservoirs pétroliers souvent en association avec une action de colmatage par des corps bactériens (biomasse). Ce colmatage par des corps bactériens est également décrit dans le brevet US 4 558 739.
La précipitation des minéraux est un phénomène naturellement existant, elle peut intervenir comme une conséquence indirecte de changement de conditions géochimiques lié à un développement bactérien. Le brevet 5 143 155, par exemple, décrit un procédé pour réduire la perméabilité d'une formation géologique souterraine au moyen d'une précipitation minérale. Cette précipitation est obtenue en fournissant à la formation une culture de microorganisme qui modifie les conditions de solubilité du milieu, et ainsi, favorise la précipitation de minéraux.
Ce phénomène peut être grandement favorisé par l'injection à la fois de sources de carbone biodégradables et de solutions minérales adaptées à la fojs à la croissance et à l'amplification du processus de précipitation dans le milieu poreux ciblé.
La figure 2 illustre un cas de stockage géologique de CO2 au sein d'un aquifère [AQU) et sous une couverture sédimentaire (COUV). On injecte (INJ) le CO2 dans l'acquière (AQU) qui s'étend latéralement. Pour limiter l'écoulement de gaz dû aux conditions hydrogéologiques, un confinement carbonate (CC) au moyen d'un processus biologique est réalisé, en injectant (InjPB) des composés nécessaires à la précipitation de carbonates.
Un exemple de carbonate est le carbonate de calcium (CaCO3). La réaction de précipitation de carbonates de calcium s'écrit :
Ca2+ + HCO3- + OH" <→ CaCO3 + H2O
De façon plus générale, pour provoquer une précipitation de carbonate il faut : au moins une source de carbone inorganique si l'on considère uniquement la réaction chimique de précipitation de carbonates, et une source de carbone organique pour assurer l'activité biologique qui, en anaérobiose, va produire le CO2 comme métabolisme terminal, pouvant être par la suite réintégré dans une réaction de précipitation de carbonates. des cations (Ca, Mg, Fe) ; des conditions physicochimiques appropriées (concentration, pH, équilibre chimique...). L'activité biologique doit aider à obtenir ces conditions physicochimiques appropriées en rendant le pH plus basique au sein du système considéré
Selon l'invention, on utilise un processus biologique dans lequel des micro-organismes génèrent des conditions physicochimiques (concentration, pH, équilibre chimique...) favorables à la précipitation de carbonates. L'efficacité du processus biologique est augmentée par l'addition de diverses sources de carbone organique. La production de biomasse et de métabolites terminaux en anaérobie (notamment CO2 et CH4) est ainsi augmentée. L'addition de cations est également essentielle.
Les cations :
Les cations interviennent dans la réaction de carbonatation :
Ca2+ + HCO3- + OH- <→ CaCO3 + H2O
On peut ajouter donc du calcium, mais aussi du fer ou du magnésium, sous forme d'une solution aqueuse contenant ces cations.
La source de carbone :
Selon l'invention, on utilise une source de carbone (organique) présente dans le milieu, telle que des hydrocarbures, ou on injecte une source de carbone (urée par exemple). Cette source de carbone va dynamiser une microflore présente dans la zone visée par l'étanchéité et le renforcement de la bio-barrière.
Selon l'invention, on utilise alors des bactéries pour biodégrader cette source de carbone, de façon à produire des métabolites carbonates tels que le CO2 qui peut intervenir ensuite dans une réaction de carbonatation.
En effet, selon l'exemple du CO2, le CO2 réagit avec l'eau pour donner un ion bicarbonate pour un proton selon la réaction :
CO2 + H2O ~ H+ + HCO3-
Cet ion bicarbonate (HCO3 ") intervient directement dans la réaction de carbonatation :
Ca2+ + HCO3 " + OH' <→ CaCO3 + H2O
Les conditions phvsicochimiαues : Les réactions ci-dessus sont des équilibres. Les « conditions physicochimiques favorables » sont donc les conditions qui déplacent les équilibres dans le sens d'une carbonatation. Ces conditions concernent en particulier :
- la concentration des différentes espèces ioniques qui concourrent à la production de la formation de sels de carbonates : l'augmentation de la concentration en CO2 (métabolite terminal des différents métabolismes successifs de biodégradation de la matière organique en condition anaérobie) favorise la production d'ions bicarbonates (HCO3 "). Une augmentation de la concentration en cation du type Ca2+, Mg2+ etc, va favoriser, de pair avec l'augmentation de CO2 dans la matrice poreuse, les conditions physico-chimique favorables à l'augmentation de l'indice de saturation (et donc favoriser la précipitation du minéral), par exemple de celui de la calcite, qui s'exprime ainsi :
Slcaldte≈ lθg(Ca2+XCO3 2-)/Kcalcite
- le pH du milieu : Étant donné les conditions de concentration nécessaires, on constate que le milieu doit être basique. En effet, une augmentation de pH a pour conséquence de favoriser une précipitation du carbonate de calcium. La précipitation de calcium (CaCO3) s'observe en condition abiotique à partir de pH 9,5, alors qu'en condition biotique, elle s'observe plus précocement pour une valeur de pH égale 8,5. Un pH favorable est obtenu grâce au métabolisme des bactéries.
Le processus biologique lié à ces bactéries combine donc avantageusement l'augmentation de CO2 et l'augmentation de pH dans la matrice poreuse. Dans ces conditions on assiste à la formation de carbonates (XCO3).
Les processus biologiques sont donc caractérisés par une aptitude à dégrader une source de carbone organique en ion bicarbonate (HCO3 "), et à modifier les conditions physicochimiques de leur environnement de façon à favoriser la formation de carbonate, par déplacement des équilibres chimiques impliqués.
Cette synthèse de carbonates peut s'effectuer à partir de différents processus biologiques, impliquant des métabolismes et des espèces différentes de microorganismes.
La présence considérable de microorganismes bactériens dans les systèmes pétroliers enfouis a été mise en évidence : Bernard FP et al., 1992, "Indigenous microorganisms in connate water of many oil fields: a new tool in exploration and production techniques." In: SPE 24811 , Proceedings of the Society of Petroleum Engineers, Vol.2, pp. 467-476, Richardson, Texas. De même, la dégradation anaérobie des hydrocarbures saturés, en particuliers des n-alcanes, et d'aromatiques a été mise en évidence.
Des exemples de processus biologiques à l'origine de précipitations de carbonates sont présentés ci-après. Ils concourent à la biodégradation de matière organique, avec production de deux grands métabolites que sont le méthane et le CO2, le CO2 interagissant avec la matrice pour produire des carbonates.
Le premier processus biologique, présenté sur le schéma de la figure 1A, est un mécanisme aérobie. Il fait intervenir des bactéries aérobies (BactA) qui dégradent la matière organique (MO) en libérant du CO2 et de l'eau (H2O). A partir du CO2 formé et de cations X+, tels que Ca2+, des carbonates (XCO3) peuvent être formés en fonction des conditions physico-chimiques du milieu (concentration, pH, équilibre chimique...). Ce mécanisme nécessite l'apport d'oxygène soit par la phase gazeuse en zone insaturée du milieu poreux, soit par le biais de l'oxygène dissous dans l'eau en zone saturée.
Un autre processus biologique, présenté sur le schéma de la figure 1 B, fait intervenir des bactéries fermentaires (BactF) telles que Sélénomonas, Clostridium, Ruminococcus... Ces bactéries dégradent la matière organique (présente soit initialement dans le milieu, soit apportée dans le cadre du procédé selon l'invention) en H2 et CO2. La précipitation de carbonates est alors possible par la présence d'exopolysaccharides (EPS) présents à la surface des bactéries. Ce mécanisme est souvent intermédiaire dans la dégradation de la matière organique et est associé aux autres processus décrits ci après.
Un troisième processus biologique, présenté sur le schéma de la figure 1C, fait intervenir des bactéries fermentaires (BactF) et acétogènes (BactAc) pour la dégradation de la matière organique en produit intermédiaires H2 + CO2. Selon ce processus, ces produits sont utilisés par des bactéries méthanogènes hydrogénotrophes (BactMH) classées dans les "Archaea" méthanogènes. En effet, le métabolisme de départ est le même que celui détaillé précédemment (schéma de la figure 1B), mais ensuite, à partir de I1H2 et du CO2, le métabolisme des bactéries méthanogènes hydrogénotrophes (utilisant le CO2) entrent en jeu et permet la synthèse de CH4 par les bactéries méthanogènes hydrogénotrophes. Dans ce cas, les bactéries acétogènes servent à générer l'hydrogène nécessaire aux bactéries méthanogènes autotrophes. L'hydrogène peut constituer une source d'énergie importante, permettant même la survie des micro-organismes à long terme. A ce titre il peut également être d'origine non bactérienne. Différents processus biologiques et géochimiques peuvent générer de l'hydrogène en profondeur : dégradation thermique ou biologique (fermentation) de la matière organique, réaction entre les gaz dissous dans le système C-H-O-S des magmas, décomposition du méthane en carbone (graphite) et H2 à des températures supérieures à 6000C, réaction entre CO2, H2O et CH4 à des températures élevées, radiolyse de l'eau par des isotopes radioactifs de l'uranium, du thorium et du potassium, cataclase des silicates ferromagnésiens sous contrainte en présence d'eau, serpentinisation, formation de pyrite, ...
Un autre processus biologique, présenté sur le schéma de la figure 1 D, fait à nouveau intervenir des bactéries fermentaires (BactF) et acétogènes « syntrophes » {BactAcS) pour la dégradation de la matière organique en produits intermédiaires (acide gras (AG) et acétate (AC)). L'acétate est dégradé par les bactéries méthanogènes acétoclastes (BactMAc) en CO2+CH4.
Un dernier processus biologique, présenté sur le schéma de la figure 1E, fait à nouveau intervenir des bactéries fermentaires (BactF) pour la dégradation de la matière organique en acide gras (AG), mais également des bactéries acétogènes hétérotrophes(SacfcAcH) pour dégrader les acides gras (AG) en acétate (AC). Des bactéries sulfato-réductrices (BactSR) biodégradent alors l'acétate en HS" et CO2 et forment des carbonates. La plupart des souches bactériennes sulfato-réductrices peuvent utiliser le lactate, le formiate ou l'hydrogène comme donneurs d'électrons. Une majorité peut également se développer en présence de pyruvate, de malate, de fumarate ou d'alcools (éthanol, propanol).
Selon un mode de mise en œuvre, le procédé pour favoriser la réaction de précipitation de carbonates dans un milieu poreux comporte les étapes suivantes : on analyse le milieu pour estimer les quantités des éléments suivants : source de carbone, microorganismes, cations, accepteurs d'électrons et nutriments ; on sélectionne, en fonction de l'analyse du milieu, un processus biologique de dégradation de matière organique permettant d'augmenter le pH du milieu et de produire du CO2, favorisant ainsi une réaction de précipitation de carbonates ; on détermine parmi ces éléments ceux dont la quantité limite la réaction de précipitation de carbonates ; on injecte dans le milieu ces éléments limitants, de façon à favoriser la réaction de précipitation de carbonate. Analyse du milieu poreux
La synthèse de carbonates peut s'effectuer par différents processus biologiques impliquant des métabolismes et des familles différentes de microorganismes. L'application de ces processus biologiques tient compte des conditions environnementales du milieu dans lequel cette réduction de porosité est recherchée.
En premier lieu, on analyse donc le milieu afin de déterminer les conditions environnementales de celui-ci, afin de définir le processus biologique le mieux adapté au milieu. Pour ce faire, on estime les quantités des éléments suivants : source de carbone (hydrocarbures, source de carbone solubles dans l'eau), la présence de microorganismes, des cations (Ca2+, Mg2+, Fe2+), des accepteurs d'électrons (l'eau est l'accepteur terminal d'électrons pour le métabolisme ultime de la dégradation de la biomasse en méthanogénèse, mais la présence d'accepteurs d'électrons comme les sulfates peuvent favoriser la production de l'activité de sulfato-réduction formant du CO2,) et nutriments pour les microorganismes (la vitesse du métabolisme est également fonction des micronutriments qui vont servir à synthétiser le niveau de biomasse, donc l'intensité du processus global de biodégradation et donc de production de CO2).
Sélection d'un processus biologique
Une fois les conditions environnementales du milieu connues, on peut sélectionner le processus biologique le mieux adapté au milieu. Si aucun microorganisme n'est présent, on choisira les microorganismes à utiliser en fonction de la source de carbone, des nutriments, ... En revanche, si une colonie de microorganismes est déjà présente, on favorisera, en général, ce processus biologique.
Détermination d'éléments limitants la réaction de précipitation de carbonate
En fonction du processus biologique retenu, on détermine les éléments intervenant dans la précipitation de carbonate qui sont en quantité limitante. Par exemple, si l'on constate qu'il y a suffisamment de microorganismes, mais qu'ils manquent de nutriments pour obtenir un métabolisme optimal, alors on considère les nutriments comme éléments limitants. Il peut également s'agir des cations : si les bactéries ont suffisamment d'hydrocarbure à biodégrader, mais si le carbone libéré ne précipite pas de carbonates par manque de cations, alors ces derniers seront considérés comme éléments limitants.
Ainsi, les éléments pouvant limiter la réaction de précipitation de carbonates, du fait qu'ils ne sont pas présents ou bien présents en quantités limitantes, peuvent être : les micro-organismes (éventuellement sous forme de spores) - les cations (Ca2+, Mg2+, Fe2+) la (ou les) source(s) de carbone les accepteurs d'électrons les micro et macro-nutriments
Injection dans le milieu des éléments limitants
La stimulation du processus biologique choisi peut nécessiter l'injection, dans le milieu poreux en question, des éléments limitants. Il s'agit de fournir ces éléments pour amplifier les processus biologiques retenus, et donc aboutir à un phénomène de précipitation des carbonates lui aussi amplifié.
Les éléments pouvant être apportés dans le milieu afin de favoriser la réaction de précipitation de carbonates sont décrits peuvent être : les micro-organismes (éventuellement sous forme de spores)
- les cations (Ca2+, Mg2+, Fe2+) la (ou les) source(s) de carbone les accepteurs d'électrons les micro et macro-nutriments
L'apport de ces éléments peut être envisagé soit initialement (dès le début de l'injection), soit de manière contrôlée, sous forme de capsules. Ces capsules injectées de façon préventive, libère les éléments limitants qu'elles contiennent au fur et à mesure de leur dégradation, ou sous l'effet d'une réaction chimique particulière, lié au fluide dont on souhaite réduire l'écoulement.
Dans le cadre de stockage géologique de gaz acide, du CO2 par exemple, si une fuite est détectée, on peut injecter des bactéries, une solution riche en cation (calcium) et une source de carbone (matière organique, telle que des hydrocarbures par exemple), de façon à provoquer la précipitation de carbonate au niveau de la fuite, colmatant ainsi le site de stockage. Cette opération de remédiation est un procédé rapide à mettre en place, très localisé et facile à mettre en œuvre. Exemple de réalisation
Une souche de Bacillus pasteυrii a été utilisée pour promouvoir efficacement la précipitation de carbonates de calcium (CaCO3), au sein d'un milieu poreux.
Des essais préliminaires de précipitation de carbonates de calcium (CaCO3) ont été mis en oeuvre en culture en batch, en apportant outre les micronutriments, l'urée comme source de carbone, le CaCI2 comme source de calcium, et le NaHCO3 comme source de carbonates. L'utilisation de l'urée comme source de carbone permet une élévation du pH du milieu lors de sa dégradation. Ces milieux ne sont pas tamponnés au départ des. essais. Cette augmentation de pH a pour conséquence de favoriser une précipitation du carbonate de calcium. La précipitation de calcium (CaCO3) s'observe en condition abiotique à partir de pH 9,5, alors qu'en condition biotique, elle s'observe plus précocement pour une valeur de pH égale 8,5.
Ca2+ + HCO3- + OH' <→ CaCO3 + H2O
II est essentiel d'ajuster la concentration en urée pour assurer dans le milieu, une évolution de pH permettant d'atteindre au moins des valeurs de l'ordre de 8,2-8,5. Ces concentrations en urée ont été déterminées. A partir de concentration de l'ordre de 1 % en urée, on peut atteindre ces valeurs de pH.
Un développement a été mené en colonne de milieu poreux avec du sable de granulométrie 45/60 μm. Le milieu poreux mis en place est colonisé progressivement par la biomasse en balayant la colonne par une solution contenant de l'urée (source d'azote et source de carbone). La solution de microorganisme a été mise place au moment de Ia création du milieu poreux saturé par une solution de milieu de culture de Bacillus pasteurii. Ensuite, dans un deuxième temps, après le développement d'une biomasse suffisante sur le milieu poreux, on injecte une solution modifiée contenant à la fois la source d'azote, la source de CaCI2 comme source de calcium, et le NaHCO3 comme source de carbonates, dans le but d'accélérer expérimentalement le processus de saturation en CO2 dans le milieu poreux de la carotte; processus qui pourrait être fait par une activité biologique anaérobie (voir les différents schémas ci avant). On observe, avec la durée de l'essai pour un balayage de la colonne de milieu poreux, avec ce second milieu minéral et organique, une réduction de la vitesse de balayage pour une valeur de surpression du réservoir imposé. Cette réduction de vitesse est due au processus de colmatage par la biomasse et au processus de précipitation de carbonate de calcium que l'on a pu mette en évidence par une analyse du milieu.
On peut donc injecter dans un milieu poreux naturel, une solution de nutriments de composition chimique équivalente à : urée + NH4CI + CaCI2 + NaHCO3 (les deux dernières espèces chimiques étant des espèces amenant respectivement le Ca2+ et le CO3 2', pouvant être amenés de manière indirecte dans un milieu naturel (altération de silicates calciques par exemple pour la production de calcium)) en présence ou non de microorganismes pour permettre un processus de basification par assimilation de l'urée, et donc de carbonatation chimique assistée par voie biologique, permettant donc un colmatage de la porosité/perméabilité du milieu. La composition de la solution peut être la suivante :
• urée (1% volume) + NH4CI (1% volume) + CaCI2 (0,3% volume) + NaHCO3 (0,2% volume)
• Microorganismes : 109 bact/ml
Applications
Le procédé selon l'invention, pour réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux a été décrit dans le cadre de stockage géologique de gaz acide, pour confiner une fuite de gaz ou pour réduire la perméabilité et/ou la porosité de certaines zones de l'aquifère de stockage. Ce procédé peut également être appliqué dans les cadres suivants :
Procédé colmatage de ciments altérés
Dans le cadre de l'activité pétrolière et/ou de l'activité de stockage de gaz (acides ou gaz naturels), on utilise des ciments (Cim) au niveau de puits de production ou d'injection. Ces ciments sont sujet à de nombreuses contraintes et finissent par se fissurer. Les fluides (huile, gaz) peuvent alors s'écouler à travers ce ciment. On utilise alors le procédé de l'invention pour limiter ces écoulements en colmatant les fractures du ciment altéré. Ce colmatage se fait par injection des éléments limitants. La figure 3 illustre ce procédé de colmatage des ciments altérés (OmAIf). A gauche, un ciment {Cim) non altéré est schématisé. Au centre, le ciment est altéré (CimAlt) par des fractures. A droite, le ciment est récupéré (CimRec) : des carbonates (XCO3) recouvrent et bouchent les fractures.
Selon un mode de réalisation, on incorpore dans le ciment des capsules contenant tous les éléments nécessaires à la précipitation de carbonates. Ces capsules se dégradent au contact du fluide dont on souhaite limiter l'écoulement. Par exemple, on regroupe des microorganismes sous forme de spores, des nutriments, des cations, ... dans une capsule dont la membrane externe a la propriété de se dégrader lorsque au moment opportun, c'est à dire lorsque les conditions de précipitation de carbonates sont favorables. En effet, par exemple, au contact du CO2, issue d'une fuite d'un site géologique de stockage, cette membrane est détruite, libérant tous les éléments nécessaires à une réaction de précipitation de carbonates. Procédé de traitement de sols et eaux souterraines contaminés
Dans l'objectif de traiter des sols et eaux souterraines contaminés par des composés organiques et/ou des contaminations aux métaux lourds, on utilise un procédé de type "tunnel et porte". Ce procédé permet de dégrader des contaminants dissous. Il consiste à modifier les flux d'écoulement de la nappe aquifère sous forme d'un entonnoir d'écoulement préférentiel dans des terrains de drainage : des barrières réactives sont utilisées afin de traiter des variétés de composés organiques et des contaminations aux métaux lourds en utilisant principalement des milieux réactifs chimiquement ou des composés biologiques.
Le système "tunnel et porte" est une méthode de remédiation passive qui utilise des tunnels (entonnoirs) afin de modifier les flux d'écoulement de la nappe aquifère. Le système doit être installé à une profondeur d'au moins 15 à 20 mètres, avec une profondeur d'au moins 5 mètres en dessous de roches denses. Ce système peut être installé soit en tête du panache pour prévenir toute croissance de celui-ci, soit à la queue du panache pour prévenir tout échappement de contaminants. Ce système est schématisé, selon une vue du dessus, sur la figure 4 : le tunnel ("funnel"), non perméable, permet l'écoulement du fluide à travers une porte ("gâte") qui elle, est perméable et contient des agents réactifs, tels que des granules de fer. Lors du flux du panache et des eaux contaminées à travers cette porte, les solvants chlorés sont transformés en composés non toxiques. Les produits contaminés sont détruits ou dégradés en produits non toxiques qui, par la suite, sont naturellement réduits par des bactéries. L'avantage de ce système réside au fait qu'il est effectif sans système de pompage et sans excavation.
La figure 4 illustre le procédé mis en œuvre selon l'invention. Cette figure représente, une vue de dessus de sols et eaux souterraines contaminés. Un fluide, de l'eau sur la figure 4, circule en drainant des polluants. Pour traiter cette eau, et éliminer les polluants Le procédé selon l'invention comporte alors les étapes suivantes : on installe une zone réactive (ZR) contenant les agents nécessaires aux traitements des polluants ; on fore des puits d'injection (P/) de façon à former un entonnoir (TU) dont la sortie (PO) débouche sur la zone réactive (ZR) ; au temps tO, on injecte au niveau de ces puits les éléments nécessaires à la précipitation de carbonate par un processus biologique.
Au temps t1 , les environs des puits sont carbonates, rendant la zone imperméable (ZIC). Procédé de décontamination d'aαuifères
Le procédé selon l'invention peut être également utilisé dans le cadre de décontamination d'aquifères, en limitant l'évolution spatiale d'un panache de CO2 au moyen des processus biologiques.
Ce procédé consiste à forer des puits d'injection (Pl) de façon à délimiter une zone de confinement. Puis, on injecte via ses puits les éléments nécessaires au processus biologique pour qu'il y ait précipitation de carbonates.
La figure 5 illustre le procédé pour confiner une zone de pollution d'un aquifère par du CO2. La figure 5A illustre la situation à un temps tO. La figure 5C représente le même schéma vu de dessus. Au temps tO, le panache de pollution (PP) s'étend avec l'écoulement de l'eau (H20). On fore alors des puits d'injection (Pl) autours du corps d'imprégnation (C/ - hachuré sur les figures 5A à 5D) à l'origine du panache de pollution. Ce corps d'imprégnation se retrouve alors positionné entouré de puits (Pl), comme l'illustre la figure 5C. Au niveau des puits d'injection, on applique le procédé selon l'invention pour favoriser la carbonatation. La figure 5B illustre la situation à un temps ultérieur t1. La figure 5D représente le même schéma vu de dessus. Au temps t1 , le panache de pollution (PP) est stoppé par la barrière de carbonate (PC), formé au niveau et autours des puits d'injection.
Ce procédé de confinement est un procédé adaptable à toutes profondeurs (zone non- saturée et zone saturée). Il permet de confiner une pollution à des profondeurs plus importantes que les systèmes de palplanches. Il permet également de traiter tout type de pollution, même pour les solvants chlorés, tout en permettant un confinement propre du corps d'imprégnation et du panache de pollution, et non pas en le détournant simplement comme le système "Hydraufaraday", connu des spécialistes.
Le procédé, selon l'invention, de confinement d'aquifères dans le cadre du stockage géologique des gaz acides est un procédé rapide à mettre en place, très localisé et facile à mettre en oeuvre. Il permet de séparer l'eau de l'huile, en permettant l'écoulement de l'eau tout en retenant l'huile, avec donc, pour conséquence, de n'avoir aucun impact sur l'eau et sur l'air du sol de la zone non-saturée qui suit la zone d'écoulement se situant à la suite de ce procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour réduire des écoulements de fluides dans un milieu poreux, caractérisé en ce que : on sélectionne un processus biologique adapté d'une part, à dégrader une source de carbone pour produire des ions bicarbonates, et d'autre part, à modifier des conditions physicochimiques dudit milieu, de façon à provoquer une réaction de précipitation de carbonates ; on diminue la perméabilité dudit milieu en provoquant une réaction de précipitation de carbonates au sein dudit milieu, au moyen dudit processus biologique.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel : on analyse le milieu pour y évaluer des quantités des éléments suivants : une source de carbone, des microorganismes, des cations, des accepteurs d'électrons et nutriments ; et on injecte dans le milieu au moins un desdits éléments, de façon à optimiser la réaction de précipitation de carbonate.
3 Procédé selon la revendication 2, dans lequel on injecte dans le milieu des éléments dont la quantité limite la réaction de précipitation de carbonates, sous forme de capsule contenant lesdits éléments, et les libérant au fur et à mesure de leur dégradation sous l'effet d'une réaction chimique liée audit fluide.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel on sélectionne ledit processus biologique de dégradation en fonction de ladite analyse du milieu, parmi des processus biologiques de dégradation de matière organique permettant d'augmenter le pH du milieu et de produire du CO2.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le processus biologique fait intervenir des bactéries aérobies qui dégradent la matière organique en libérant du CO2 et de l'eau.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le processus biologique fait intervenir des bactéries fermentaires qui dégradent la matière organique en libérant du CO2 et du H2.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les bactéries fermentaires sont choisies parmi les bactéries suivantes: Sélénomonas, Clostridium et Ruminococcus.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel le processus biologique fait également intervenir des bactéries acétogènes pour la dégradation de la matière organique en produits intermédiaires H2 et CO2.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le processus biologique fait également intervenir des bactéries méthanogènes hydrogénotrophes classées dans les "Archaea" méthanogènes, qui synthétisent du CH4 à parti de CO2 et H2.
10. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le processus biologique fait intervenir des bactéries fermentaires et acétogènes pour la dégradation de la matière organique en produits intermédiaires, acide gras et acétate, l'acétate étant dégradé par des bactéries méthanogènes acétoclastes en CO2 et CH4.
11. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le processus biologique fait intervenir des bactéries fermentaires pour la dégradation de la matière organique en acide gras, des bactéries acétogènes hétérotrophes pour dégrader les acides gras en acétate, et des bactéries sulfato-réductrices pour biodégrader l'acétate en HS" et CO2 et former des carbonates.
12. Procédé de stockage géologique de gaz acides, dans lequel on injecte un gaz acide dans un réservoir souterrain, et l'on remédie à des fuites de gaz du réservoir vers au moins une zone géologique surmontant ledit réservoir, en réduisant la perméabilité de ladite zone géologique au moyen du procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
13. Procédé de colmatage d'un ciment altéré, dans lequel on injecte dans le ciment comportant des fractures les éléments nécessaires à la précipitation de carbonate par un processus biologique selon l'une des revendications 2 à 11 , ledit processus provoquant une réaction de précipitation de carbonate qui colmate lesdites fractures.
14. Procédé de traitement d'un aquifère contaminé par des polluants, dans lequel : on installe une zone réactive (ZR) contenant des agents nécessaires aux traitements des polluants ; on fore des puits d'injection (Pl) de façon à former un entonnoir (TU), selon un procédé de type « tunnel et porte », dont la sortie (PO) débouche sur la zone réactive (ZR) ; on injecte au niveau desdits puits les éléments nécessaires à la précipitation de carbonate par un processus biologique selon l'une des revendications 2 à 11.
15. Procédé pour confiner une zone d'un aquifère polluée par du CO2, dans lequel on limite l'évolution spatiale de ladite zone polluée, au moyen des étapes suivantes : on fore des puits d'injection (P/) autours de ladite zone polluée ; on injecte au niveau de ces puits les éléments nécessaires à la précipitation de carbonate par un processus biologique selon l'une des revendications 2 à 11.
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