Thesis of Anne-Sophie Esneu : « Étude des mécanismes d’endommagement des formations lors de la réinjection des fluides géothermiques »
L’injectivité dans les formations géologiques est un enjeu connu qui affecte des domaines d’activités liés aux énergies nouvelles et au climat (géothermie, stockage souterrain de CO2, etc.). Le colmatage des formations géologiques, problème récurrent qui engendre des pertes d’injectivité, est lié au fait que les eaux réinjectées sont fréquemment chargées en éléments organiques et minéraux en suspension, sous forme de particules colloïdales. Pour tenter d’y remédier, ou tout au moins de le minimiser, il est important de bien comprendre les mécanismes à l’œuvre.
C’est ce à quoi s’est attaché ce travail de thèse, via une approche microfluidique (Figure 1) combinant deux techniques de visualisation : l'imagerie optique [1] et l'imagerie par fluorescence induite par laser [2]. Il a permis d’identifier les différents sites et régimes de dépôt ainsi que de décrire les mécanismes de colmatage, avec notamment la mise en évidence d’un phénomène d’agrégation induit par cisaillement [3]. L’ensemble des résultats obtenus grâce à la microfluidique a été validé sur des systèmes plus réels (par exemple une suspension de particules de polystyrène dans des massifs reconstitués de sable ou des particules d’argiles dans les micromodèles) et a débouché sur des pistes de remédiation du phénomène.
(a) Représentation schématique du micromodèle utilisé. P1/P2/P3 et P4 correspondent à des prises de mesures de pression.
(b) Exemple d’observation par imagerie classique du transport de particules dans le milieu poreux. Les dépôts, l’espace poreux et les grains apparaissent respectivement en noir, gris foncé et gris clair. La barre d’échelle correspond à 850 µm.
(c) Evolution caractéristique du coefficient de réduction de mobilité Rm au cours de l’injection d’une suspension particulaire et de la réduction de porosité associée, obtenue par traitement d’image.
(d) Observations locales des sites et nature des dépôts selon la localisation dans le milieu poreux et la vitesse locale d’écoulement obtenue par simulation numérique. G et PS correspondent à un grain et à l’espace poreux, respectivement. Le dépôt apparait en noir.
References:
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A.-S. Esneu, C. Marlière, L. Nabzar, A. Erriguible, S. Glockner, S. Marre and J. Boujlel. Transport and clogging of colloidal particles: effects of concentration and geometry of the porous medium. In Proceedings of World Geothermal Congress 2023, Beijing, China, October 2023.
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A.-S. Esneu, V. Ricordeau, A. Perez, G. Pilla, M. Bardi and J. Boujlel. The use of Laser-Induce Fluorescence Imaging to investigate transport phenomena of complex fluids in a 2D porous medium. Under review in Transport in Porous Media.
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A.-S. Esneu, A. Erriguible, S. Glockner, S. Marre and J. Boujlel. 2D heterogeneous porous medium permeability reduction by shear-induced aggregation. Submitted in Physics Review Letters.
Scientific contacts: anne-sophie.esneu@ifpen.fr and jalila.boujlel@ifpen.fr