Quantification expérimentale à l'échelle mésoscopique des processus réactionnels dans le cadre de l'injection de CO2 dans des roches carbonatées et silicatées

Abstract

In order to minimize CO2 atmospheric concentration, a solution consists in sequestrating CO2 in geological reservoirs. To estimate long term risks, it is necessary to quantify the couplings between reaction processes as well as structural and hydrodynamical modifications. We realised two experimental benches enabling injecting CO2-enriched-brine in conditions corresponding to in situ storage (T an experimental protocol using X-Ray microtomography and fluid and rock analyses in order to measure the variations of physical and chemical parameters.The study of carbonated reservoirs near the injection well, allows quantifying different k-phi relationships depending on the dissolution processes and triggered by the local fluid chemical composition and initials conditions. Away from the injection well, we observe carbonate precipitation decreasing the permeability. The study of fracturated caprock samples shows that alternative percolation of CO2-enriched-brine and CO2 gas increases the fracture permeability. The study of silicated rocks indicates carbonate precipitation in zeolite sandstone and sintered dunite grains. Nevertheless, in zeolite sandstone we also observe the precipitation of clay particles located in the uid pathways which decrease strongly the permeability.Afin de minimiser la concentration en CO2 dans l'atmosphère une solution consiste à le séquestrer dans les réservoirs géologiques. Pour évaluer les risques à long terme, il est nécessaire de quantifier les couplages entre les processus réactionnels et les modifications structurales et hydrodynamiques. Dans cette optique, nous avons construit deux dispositifs expérimentaux permettant d'injecter des saumures chargées en CO2 dans les conditions de stockage (T < 200 °C et P < 200 bar) et mis en oeuvre un protocole expérimental utilisant la microtomographie RX et l'analyse des roches et des fuides pour quantifier les variations des paramètres physiques et chimiques. Dans le cas des réservoirs carbonatés, on observe, près du puits d'injection, une forte variabilité des relations k-phi en fonction du régime de dissolution contrôlé par la chimie locale du fluide, ainsi que par les conditions initiales. A plus grande distance, on observe des processus de précipitation diminuant fortement la perméabilité. L'étude des roches de couverture fracturées (argilite) a montré qu'une percolation alternée d'une saumure chargée en CO2 et de CO2 gaz augmentait la perméabilité de fracture. Dans le cas des roches silicatées, la précipitation de carbonates est mise en évidence aussi bien dans les grès à zéolites que dans les frittés de dunite de San Carlos. Cependant, dans les grès à zéolites, la précipitation d'une phase argileuse est observée dans les chemins d'écoulement et engendre une forte diminution de la perméabilité