Experimental study of fluid setting in natural porous media : application to reservoir rocks

Etude expérimentale de la mise en place de fluides dans des milieux poreux naturels : application à des roches réservoir Dans le cadre de l’estimation et prévision de la productivité d’un réservoir d’hydrocarbures, la Perméabilité Relative (Kr) et la Pression Capillaire (Pc) lors des écoulements diphasiques sont des paramètres indispensables aux simulations numériques. Ces deux facteurs ne peuvent être obtenus qu’expérimentalement dans des laboratoires pétrophysiques, qui réalisent des expériences d’écoulement sur des échantillons de roche prélevés dans le réservoir à analyser. Dans le parcours de l’échantillon du réservoir au laboratoire, des modifications en termes de pression et température peuvent engendrer des changements du niveau de saturation et de la mouillabilité, qui ne seront plus représentatifs des conditions du réservoir. Pour ré-établir ces conditions, une restauration d’états est réalisée. Cela consiste à laver l’échantillon pour éliminer l’huile native, les filtrats de boue de forage, des potentiels sels précipités et l’eau connée. Dans ce processus, de l'eau, du CO2 et une variété de solvants organiques peuvent être utilisés pour assurer un lavage approprié, destiné à produire un échantillon mouillable à l'eau. Le lavage est suivi d’un séchage à l’étuve, ainsi qu'à un balayage de diazote (N2). Ensuite, l’établissement de la saturation initiale en eau (Swi) est réalisé, dans un processus appelé premier drainage, qui reproduit la phase de migration des hydrocarbures de la roche mère vers le réservoir. L'obtention d'une valeur de Swi représentative de l’état initial du réservoir après le premier drainage est d'une grande importance, dès lors qu'elle impacte différents paramètres, tels que la saturation résiduelle, la perméabilité relative, la mouillabilité et la continuité des phases. La restauration d’états est finalisée avec une phase de restauration de la mouillabilité, aussi appelée macération, durant laquelle un vieillissement de l'échantillon dans l’huile brute en température est réalisé. Idéalement, l’injection de l’huile brute se fait en alternant les faces d’injection pendant la phase de macération. Cela permet la génération d’un profil de mouillabilité homogène. Le travail de recherche présenté dans cette thèse vise à établir une comparaison claire entre les différentes techniques connues de mise en place du Swi dans un système eau/huile sur des échantillons de roche de différentes dimensions, lithologies, perméabilités et porosités. On réalise une étude des impacts du choix d'une technique par rapport à une autre sur les principaux paramètres pétrophysiques (profils de saturation, Kr, Pc et mouillabilité) lors des phases de drainage et d’imbibition. En outre, pour concevoir un cycle expérimental optimal au vu des contraintes des techniques existantes, une nouvelle méthode de premier drainage a été conçue (Technique de Drainage Hybride - HDT), combinant les avantages de deux techniques classiques – le Déplacement Visqueux (VOF) et la Plaque Poreuse semi perméable (PP). L’utilisation d’outils d’imagerie à différentes échelles d’observation telles que la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN - échelle du plug) et la Micro-Tomographie (μ-CT - échelle du pore), permettent une compréhension claire du comportement de l’échantillon soumis à des cycles expérimentaux de mesure de la Kr eau/huile et des tests de mouillabilité de type Amott-Harvey, supportant les hypothèses formulées lors de l’interprétation des résultats [...].