Multi-scales modeling of reactive transport mechanisms. Impact on petrophysical properties during CO2 storage.
Modélisation multi-échelles des mécanismes de transport réactif. Impact sur les propriétés pétrophysiques des roches lors du stockage du CO2.
Résumé
The geo-sequestration of carbon dioxide (CO2) is an attractive option to reduce the emission of greenhouse gases. Within carbonate reservoirs, acidification of brine in place can occur during CO2 injection. This acidification leads to mineral dissolution which can modify the transport properties of a solute in porous media. The aim of this study is to quantify the impact of reactive transport on a solute distribution and on the structural modification induced by the reaction from the pore to the reservoir scale. This study is focused on reactive transport problem in the case of single phase flow in the limit of long time. To do so, we used a multi-scale upscaling method that takes into account (i) the local scale, where flow, reaction and transport are known; (ii) the pore scale, where the reactive transport is addressed by using averaged formulation of the local equations ; (iii) the Darcy scale (also called core scale), where the structure of the rock is taken into account by using a three-dimensions network of pore-bodies connected by pore-throats ; and (iv) the reservoir scale, where physical phenomenon, within each cell of the reservoir model, are taken into account by introducing macroscopic coefficients deduced from the study of these phenomenon at the Darcy scale, such as the permeability, the apparent reaction rate, the solute apparent velocity and dispersion.
Le stockage géologique du dioxyde de carbone (CO2) est une des options envisagées à moyen terme pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Or, le CO2 n'est pas un gaz inerte et aura tendance à acidifier l'eau en place dans les sites de stockage. Cette acidification de l'eau est alors susceptible de modifier la structure de cette roche ainsi que les propriétés de transport des espèces chimiques. Le but de cette étude est de quantifier l'impact du transport réactif sur la répartition d'une espèce chimique et sur la modification de la structure du milieu poreux de l'échelle du pore à celle du réservoir. Nous nous sommes focalisés dans cette étude sur le transport réactif monophasique d'une espèce dissoute aux temps longs. Pour ce faire, nous avons opté pour une approche multi-échelles considérant successi- vement (i) l'échelle locale, où les phénomènes d'écoulement, de réaction et de transport sont connus ; (ii) l'échelle du pore, où le transport réactif est représenté par des équations issues de l'écriture moyennée des équations locales ; (iii) l'échelle de Darcy (ou échelle de la carotte), où la structure de la roche est retranscrite par un réseau tridimensionnel de pores interconnectés par des canaux ; et (iv) l'échelle du réservoir, où les phénomènes physiques, au sein de chaque maille constituant le modèle réservoir, sont pris en compte par l'introduction de coefficients macroscopiques issus de l'étude de ces même phénomènes à l'échelle de Darcy, comme par exemple la perméabilité, la vitesse de réaction apparente, la vitesse apparente du soluté et sa dispersion.
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