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Géosciences

On a souvent besoin d’une plus petite échelle

Les milieux poreux géologiques, même homogènes à grande échelle, peuvent présenter une forte hétérogénéité à l’échelle microscopique (de la taille du pore à quelques milliers de pores). Or, le comportement des fluides à grande échelle est significativement dépendant de cette structure microscopique.

C’est pourquoi la modélisation et la simulation des écoulements et du transport en milieu poreux nécessitent des caractérisations structurales fines de la roche.

Pour cela, IFPEN s’appuie sur l’observation d’échantillons en imagerie de haute résolution : des techniques d’imagerie à rayons X (microtomographie), mises en œuvre à la fois à IFPEN et au synchrotron de Grenoble (ESRF), donnent accès à une connaissance de la structure du milieu poreux avec une résolution allant de 0,3 à 3 µ.

À partir de ces observations, deux méthodes sont utilisées pour simuler l’écoulement et le transport dans le milieu poreux :

  • la méthode Lattice Boltzmann, méthode directe qui utilise un maillage correspondant à la discrétisation en espace de l’image obtenue,
  • la modélisation Pore Network Modeling (PNM), basée sur la résolution d’équations linéaires, qui décrit le transport dans un réseau, lui-même obtenu à partir d’un algorithme de squelettisation appliqué aux images.

L’importance de prendre en compte la structure de l’espace poreux dans la modélisation des propriétés à grande échelle a été démontrée dans le cas d’un paramètre largement employé pour estimer la saturation en huile d’un réservoir pétrolier : l’indice de résistivité, dont la détermination repose sur une loi empirique, dite loi d’Archie, reliant cette propriété à la saturation du milieua.

On a en effet observé expérimentalement1 que cette loi n’était pas respectée pour certains types de roches carbonatées, lorsque la saturation en eau est faible. La simulation PNM a permis d’expliquer cette divergence et de proposer un modèle prédictif pour l’indice de résistivité.

Ainsi, on montre que l’écart à la loi empirique augmente lorsque l’eau présente dans le milieu se réduit à des films couvrant les parois de la roche.

 

a - Rind = Sw2 (Rind étant l’indice de résistivité et Sw la saturation par le fluide)
   

 

Contact scientifique :  daniela.bauer@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 26 - Octobre 2016

Publication

  1. D. Bauer, S. Youssef, M. Han, S. Bekri, E. Rosenberg, M. Fleury, et O. Vizika, From computed microtomography images to resistivity index calculations of heterogeneous carbonates using a dual-porosity pore-network approach: Influence of percolation on the electrical transport properties, Physical Review, 2011.
    >> DOI: 10.1103/PhysRevE.84.011133

 

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