Modelling Fluid-Rock Interaction Induced by the Percolation of CO₂-Enriched Solutions in Core Samples: the Role of Reactive Surface Area

Abstract

Résumé -La modélisation des interactions eau-roche induites par la percolation de solutions enrichies en CO 2 dans des échantillons de carottes : le rôle de la surface réactive -Comprendre le devenir du dioxyde de carbone (CO 2 ) injecté dans des aquifères ou des gisements d'hydrocarbures exploités reposera en partie sur l'utilisation de modèles chimie-transport, capables de prédire les interactions possibles entre les eaux acidifiées et les minéraux. Les résultats fournis par de tels modèles dépendent d'un grand nombre d'hypothèses et de paramètres, parfois mal contraints. Un aspect clé est l'intégration, dans les simulations portant sur des roches, de vitesses de réaction mesurées sur des minéraux apprêtés et isolés, et avec des rapports eau-roche beaucoup plus élevés. Cet article est consacré à la modélisation d'expériences de percolation réactive, qui ont été mises au point pour améliorer l'intégration des vitesses de réaction. Ces expériences ont été menées sur des échantillons de calcaire naturel purement constitués de calcite (Noiriel et al., ce volume), dans des conditions de température, de pression, de pression partielle de CO 2 (pCO 2 ) et de composition d'eau pour lesquelles une vitesse de dissolution de la calcite est disponible (Plummer et al., 1978, modèle dit PWP). Ainsi, un modèle chimie-transport peut être utilisé pour simuler les expériences et pour discuter, précisément, la manière de transposer à la roche le modèle cinétique du minéral. La comparaison entre les résultats expérimentaux et les résultats de calcul ne permet pas de décider du contrôle de la réaction de dissolution du calcaire, dans les conditions étudiées : soit la réaction de surface, soit un mécanisme de transport d'espèce(s) dans la phase aqueuse. Dans le premier cas, la démarche consiste à ajuster la valeur d'une surface dite « réactive ». Dans le second cas, le paramètre d'ajustement est l'épaisseur moyenne d'une couche diffuse, qui dépend du pH. Abstract

Short-term effects of impurities in the CO 2 stream injected into fractured carbonates

“…Regarding CO 2 storage, one of the most important uncertainties ofthis technology is to understand the physico-chemical processes that take place in the rock-brine-C02 system within the sealreservoir geological complex during and after C02 injection and, particularly, the changes induced on operational processes due to impurity effects (Brosse et al, 2005;Michael et al, 2015). CIUDENís activities are focused on this issue including the accomplishment of experiments in laboratory and field scale.…”

Quantification and Prediction of the 3D Pore Network Evolution in Carbonate Reservoir Rocks

“…The size of the spheres varies as mineral reactions progress and account for variations of mineral surface and permeability. The reactive surface area is an important input parameter when kinetic mineral reactions are considered, but it remains poorly constrained (see Brosse et al, 2005). The outlined approach, starting from a sphere textural model, produces only a rough estimate of the total pore surface available for reaction and in contact with the fluid flow.…”

Determination of the Effect of Geological Reservoir Variability on Carbon Dioxide Storage Using Numerical Experiments

“…The precipitation pattern is proportional to its reactive surface S m (Brosse et al, 2005). The greater the initial reactive surface is, the higher the dolomite precipitation will be.…”

“…Simulations of the CO 2 storage in sedimentary reservoirs predict the behaviour of these reservoirs through the modeling of the fluid transfers and of the chemical reactions with the minerals (Brosse et al, 2005;Johnson et al, 2004); they also permit to evaluate possible mechanical consequences of this storage and the associated risks.…”