Formation d'une phase gazeuse par décompression d'une solution binaire (liquide-gaz) en milieu poreux : étude expérimentale et modélisation sur milieux modèles

Liquid-to fas phase change by pressure decline of a binary solution (liquid-gas) in porous media : experiments and modeling in specific models

• Auteur / Autrice : Armando Dominguez
• Direction : Serge Bories
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie de l'environnement
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz

Transfert de masse

Écoulement polyphasique

Nucléation

Résumé

Le travail presente dans ce memoire concerne l'etude de la formation et de la croissance d'une phase gazeuse par decompression d'un liquide sursature en gaz au sein d'un milieu poreux. La maitrise de cette situation, qui se rencontre lors de l'exploitation de certains gisements de petrole ou geothermiques, est tout a fait capitale pour traiter convenablement les historiques de production de masse ou d'energie. Inscrit dans la continuite des etudes anterieurement developpees sur le sujet au sein de l'institut de mecanique des fluides de toulouse, le present travail s'efforce de repondre a deux objectifs: premierement, completer l'investigation experimentale deja effectuee, en utilisant une gamme plus large de solutions, afin d'evaluer non seulement l'influence du nombre de jacob et du taux de decompression mais egalement de la mouillabilite et de la gravite sur les phenomenes etudies, deuxiemement, proposer des modeles de simulation numerique offrant des possibilites d'analyse et de prediction aussi bien de la formation de la phase gazeuse (nucleation) que de sa croissance. Pour developper ce programme, en l'occurence limite a la configuration 2d (afin de pouvoir associer aux donnees quantitatives des observations phenomenologiques) et aux regimes principalement controles par la capillarite et la diffusion moleculaire (afin d'eviter la complexite du couplage des phenomenes hydrodynamiques et massiques dans la simulation numerique) differents moyens methodologiques ont ete adaptes, developpes et evalues. Ces moyens concernent: du point de vue experimental: l'implantation d'un systeme d'acquisition et de traitement d'images permettant le suivi instantane de l'apparition des bulles de gaz et de leur croissance, du point de vue numerique: la conception d'un automate permettant de reproduire la localisation spatiale des sites de nucleation et surtout la croissance des amas gazeux. Outre la confirmation des mecanismes de formation de la phase gazeuse: preexistence de bulles, piegeage capillaire, activation sequentielle des sites et croissance par diffusion, les resultats experimentaux ont permis de distinguer et de quantifier les consequences de la sursaturation du mouillage et de la gravite sur la croissance de la phase gazeuse. Les lois obtenues sont tres differentes de celles connues hors milieu poreux. Comme l'indique l'etude de certains facteurs geometriques, issus de l'analyse d'images, ces differences sont fortement correlees avec l'evolution specifique de l'aire interfaciale, gaz-liquide, au sein de la microstructure. La simulation du processus de croissance d'un amas gazeux et d'envahissement du milieu poreux a ete effectuee a l'aide d'un automate numerique construit a partir des observations, analyses et interpretations des phenomenes a l'echelle des pores. Fonde sur une succession d'