Evolution of the Petrophysical and Mineralogical Properties of Two Reservoir Rocks Under Thermodynamic Conditions Relevant for CO₂Geological Storage at 3 km Depth

Abstract

Résumé -Évolution des propriétés physiques et minéralogiques de deux roches réservoirs dans des conditions thermodynamiques correspondant à un stockage géologique de CO 2 à 3 km de profondeur -L'injection de dioxyde de carbone (CO 2 ) en sous-sol pour un stockage géologique à long terme est considérée comme une solution pour contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Les interactions entre le CO 2 supercritique et la roche-réservoir potentielle doivent être étudiées en détail en conditions de stockage géologique. Quarante échantillons de calcaire de Lavoux et de grès d'Adamswiller, provenant de roches réservoirs du bassin parisien, ont été expérimentalement exposés au CO 2 dans un autoclave spécialement construit pour reproduire les conditions thermodynamiques d'un réservoir de stockage de CO 2 . Les deux types de roches ont été exposés pendant un mois à du CO 2 supercritique humide et à de l'eau saturée en CO 2 , à 28 MPa et 90°C, ce qui correspond à des conditions d'enfouissement de 3 km de profondeur. L'évolution de leurs propriétés minéralogiques a été suivie par des analyses par diffraction des rayons X, par spectroscopie Raman et par microscopie électronique couplée à un système de microanalyses X. Leurs propriétés physiques et microtexturales ont été estimées en mesurant, avant et après les expériences, le poids, la densité, les propriétés mécaniques, la perméabilité, la porosité globale et la présence d'éventuels gradients de porosité de chaque échantillon. Les résultats montrent que les deux roches ont préservé leurs propriétés mécaniques et minéralogiques, malgré une augmentation de la porosité et de la perméabilité. Des zones microscopiques de dissolution de la calcite observées dans le calcaire sont vraisemblablement responsables de cette augmentation de la perméabilité et de la porosité. Dans le grès, une altération de la pétro-fabrique est supposée se produire due à la réaction des minéraux argileux avec le CO 2 . Tous les échantillons du calcaire de Lavoux et du grès d'Adamswiller ont montré une altération mesurable dans le CO 2 humide et dans l'eau chargée en CO 2 . Ces expériences en autoclave sont effectuées en utilisant de l'eau distillée et donc simulent des conditions plus sévères que si elles étaient effectuées avec de l'eau de formation (saumure).

Petrographic-mineralogical and textural changes in reservoir and sealing rocks (Zaosie anticline) as a result of a long-term experiment in CO2-brine-rock interactions

“…Similar results of long term experiments were obtained by other authors, e.g. Fischer et al (2010), Liu et al (2012), Rimmelé et al (2009), Wollenweber et al (2009. This phenomenon is a result of the nature of the rocks as well as partly associated with the relatively low pressure and low temperature of the experiment.…”

Petrophysical and Mineralogical Research on the Influence of CO2Injection on Mesozoic Reservoir and Caprocks from the Polish Lowlands

“…There were also considerable, different variations in permeability values of sandstone samples and an increase in the mean pore diameters in the case of sandstones which were observed in the results of Rimmelé et al (2009) Nightingale et al (2009), Rimmelé et al (2009), Wollenweber et al (2009 and Xiao et al (2009). After the experiment, almost all the samples contained halite that had crystallised from brine, partly as a result of drying out of the drill core samples saturated with the brine solution.…”

“…The experiment lasted three months (see Rimmelé et al, 2009 -a similar short-term experiment), both for the Cretaceous (Pagórki IG-1 borehole) and Jurassic rocks (Brześć Kujawski IG-2 and IG-3 boreholes). The short duration of the experiment was dependent on the duration of the project under which it was carried out.…”

The chemical dissolution and physical migration of minerals induced during CO2 laboratory experiments: their relevance for reservoir quality

“…Especially due to the pore exposure of grain-rimming minerals and porefilling cements, a complex interplay of physical and chemical fluid-rock reactions occurs, which strongly affect the petrophysical behavior of the rocks (e.g., Kirste et al 2004;Rimmelé et al 2009). Thereby the detachment and mobilization of the grain-rimming clay fines can reduce rock permeability by pore throat clogging (e.g., Bedrikovetsky et al 2010;Lemon et al 2011;Sell et al 2013), whereas mineral dissolution and/or precipitation processes will affect rock porosity.…”