Modélisation numérique d’écoulement diphasique compressible et transport réactif en milieux poreux - Applications à l'étude de stockage de CO2 et de réservoir de gaz naturel.

Numerical simulation of compressible two-phase flow and reactive transport in porous media - Applications to the study of CO2 storage and natural gas reservoir.

• Auteur / Autrice : Irina Sin
• Direction : Vincent Lagneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie et hydrogéologie quantitatives
• Date : Soutenance le 08/12/2015
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Jury : Président / Présidente : Roland Masson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Lagneau, Mohamed Azaroual, Jérôme Corvisier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ulrich Mayer, Denis Voskov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Captage et stockage géologique du dioxyde de carbone

Hydrogéologie

Modèles mathématiques

Stockage souterrain

Mots clés libres

Ecoulement Diphasique Compressible

Transport Réactif

Couplage Séquentiel Itératif

Hytec

Équations d’état

Stockage de CO2 et Impuretés

Compressible Two-Phase Flow

Reactive Transport

Sequential Iterative Coupling

Hytec

Eos

CO2 Storage and Impurities.

Résumé

Les activités humaines dans la subsurface se développent rapidement (stockage de déchets,nouvelles techniques minières, stockage à haute fréquence de l’énergie), alors que dans le même temps les attentes du public et des autorités s’intensifient. L’évaluation de chaque étape de ces opérations souterraines repose sur des études détaillées de la sûreté et des impacts environnementaux.Elles reposent sur des simulateurs élaborés et sur de la modélisation multiphysique. Avec leur approche orientée processus, les simulations en transport réactifs proposent une méthode efficace pour comprendre et prévoir le comportement de ces systèmes complexes, à différentes échelles de temps et d’espace.Le but de ce travail est d’intégrer la résolution de l’écoulement diphasique compressible dans le cadre de codes de transport réactifs à l’aide d’une méthode de séparation d’opérateurs. Un module multiphasique a été créé dans le code de transport réactif HYTEC. Une nouvelle approche a ensuite été développée pour coupler écoulement multicomposant multiphasique compressible, description de propriétés thermo-dynamiques complexes pour les fluides, avec des codes de transport réactif. La méthode a été intégrée dans HYTEC. Des cas de validation sont proposés, puis des exemples d’application pour la simulation du stockage souterrain de CO2 et des impuretés associées.

Human activity in the subsurface has rapidly been expanding and diversifying (waste disposal, new mining technologies, high-frequency storage of energy), while the public and regulatory expectations keep growing. The assessment of each step of underground operations requires careful safety and environmental impact evaluations. They rely on elaborate simulators and multiphysics modeling. With its process-based approach, reactive transport simulation provides an effective way to understand and predict the behavior of such complex systems at different time and spatial scale.This work aims at incorporating a compressible multiphase flow into conventional reactive transport framework by an operator splitting approach. A multiphase flow module is developed in the HYTEC reactive transport software. A new approach is then developed to fully couple multiphase multicomponent compressible flow, the complex thermodynamic description of the fluid properties, with existing reactive transport codes. The method is implemented in HYTEC. Some validation is provided, before application to the simulation of underground storage of CO2 and associated impurities.