Configuration de piégeage dans un milieu poreux à saturation résiduelle en huile Configuration of Trapping in a Porous Medium with Residual Oil Saturation

Abstract

Cette étude est consacrée à l'analyse de l'hydrodynamique et de la répartition spatiale des phases liquides dans un milieu poreux à saturation résiduelle en huile. Les expériences ont été réalisées dans un milieu poreux constitué de billes de verres, empilées dans une colonne; par balayage à l'eau, nous avons réalisé des saturations en décane, allant jusqu'à 30 % du volume des pores. Pour chaque expérience, nous avons tracé l'eau de balayage à l'aide d'un colorant insoluble dans l'huile. L'analyse des courbes de distribution des temps de séjour du traceur, obtenues à la sortie du milieu, a été faite grâce à un modèle chromatographique de type piston-dispersion avec échange (PDE) : ce modèle fait intervenir un ensemble de pores dans lesquels la phase de balayage est en écoulement et, d'autre part, des domaines stagnants contenant l'eau et l'huile piégées. Dans une première étape, l'analyse des équations nous a conduit à définir, sous forme de variables adimensionnelles, la pénétrabilité du milieu poreux et les constantes de temps caractérisant respectivement l'écoulement dans la phase mobile et la diffusion dans les zones stagnantes. L'examen de l'influence de ces variables sur les flux transférés nous conduit à définir un état d'équilibre de distribution du soluté entre phase stagnante et phase mobile. Nous avons sélectionné deux situations de référence - équilibre quasiment atteint et pénétration négligeable des zones stagnantes; sur ces bases, nous avons établi des corrélations entre les paramètres du modèle caractérisant respectivement ces deux états. Dans une deuxième étape, nous avons interprété les résultats expérimentaux à l'aide du modèle PDE. En tenant compte des conditions opératoires et de la sensibilité du modèle vis-à-vis de ses différents paramètres, nous avons mis en évidence les paramètres qui pourraient être raisonnablement identifiés. Nous avons pu ainsi, d'une part, situer le comportement du milieu poreux par rapport aux deux états de référence précédemment définis et d'autre part, nous avons pu estimer la fraction du volume poreux en écoulement, la composition des zones stagnantes et leur taille moyenne, en fonction de la saturation en huile. L'analyse critique de ces résultats nous permet de conclure que, si certains comportements sont vraisemblablement caractéristiques de notre mode opératoire expérimental et du milieu poreux étudié, la technique mise au point (traçage et interprétation par un modèle PDE) pourrait être utilisée avec succès dans le cas de milieux poreux réels. This article analyzes the hydrodynamics and spatial distribution of liquid phases in a porous medium with residual oil saturation. Experiments were performed in a porous medium made up of glass beads piled up in a column. Water drive was used to achieve decane saturations of up to 30% pore volume. The sweep water was traced during each experiment by a dyestuff that was insoluble in oil. The distribution curves of the tracer residence time, obtained upon issuing from the medium, were analyzed by a chromatographic model of the piston-dispersion type with exchange (PDE). This model covers all the pores in which the sweeping phase is flowing as well as the stagnant sections containing trapped water and oil. In the first phase an analysis of equations led to a definition, in the form of adimensional variables, of the penetrability of the porous medium and of the time constants respectively characterizing flow in the mobile phase and diffusion in stagnant zones. An examination of the influence of these variables on the flows transferred led to a definition of the state of distribution equilibrium of the solute between the stagnant and mobile phases. Two reference situations were chosen: (i) equilibrium almost reached, and (ii) negligible penetration of stagnant zones. On these bases, correlations were established between the parameters of the model respectively characterizing these two states. In the second phase the experimental results were interpreted with the help of the PDE model. In the light of the operating conditions and of the sensitivity of the model in relation to these different parameters, the parameters that could reasonably be identified were determined. In this way, the behavior of the porous medium with regard to these two reference states was determined, and at the same time the portion of the pore volume subjected to flow was estimated along with the composition of the stagnant zones and their average size as a function of oil saturation. A critical analysis of these results led to the conclusion that, although various behaviors are probably characteristic of this experimental procedure and of the porous medium investigated, the technique implemented (tracing and interpretation by a PDE model) could be used with success for actual porous media.