Impact of supercritical CO2 water interactionon the porous structure and transport properties of an analogue caprock for CO2 geological storage sites.

• Auteur / Autrice : David Ricardo Rhenals Garrido
• Direction : Philippe Dubujet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingéniérie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, Ecole nationale d'ingénieurs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géochimie

Roches -- Perméabilité

Mécanique des sols

Sols -- Porosité

Stockage

Dioxyde de carbone

Résumé

Le stockage géologique du CO₂est une technique qui a pour vocation de réduire les grandes quantités de CO₂rejetées dans l'atmosphère par les activités humaines. L'efficacité de cette technique est principalement liée à la capacité de stockage ainsi qu'à sa sûreté. En ce qui concerne la sûreté de cette opération, celle-ci repose sur le maintien des propiétés intrinsèques de la roche de couverture qui évitent la migration de CO₂vers des formations sus-jacentes. Néanmoins, lorsque le CO₂supercritique atteint l'interface réservoir / couverture en raison des effets gravitationnels, l'interaction chimique entre le fluide interstitiel de la roche de couverture et le CO₂supercritique engendre une série de réactions géochimiques, qui peuvent altérer les propriétés de confinement de celle-ci caractérisée par ses faibles propriétés de transport. Ce travail de thèse est destiné à évaluer l'impact géochimique de l'interaction CO₂/H₂O sur la structure poreuse et les propriétés de transport d'un analogue de roche ce couverture à partir d'une approche intégrée expérimentation-modélisation. Des expérimentations en enceintes autoclaves en conditions thermodynamiques représentatives du stockage géologique (88 bar, 55°C), ont été menées à bien pour une durée maximale de 6. 87 mois. L'évaluation des changements de la structure poreuse et les propriétés de transport des échantillons avant et après interaction, a été suivie au moyen de techniques d'adsorption de gaz. L'analyse de la structure poreuse et les propriétés de transport ont été déterminées en utilisant des approches thermodynamiques classiques, ainsi que des approches probabilistes. Les résultats obtenus suggèrent une augmentation globale du volume poreux des échantillons tout au long des expériences de dégradation. Par ailleurs, l'approche probabiliste utilisée suggère que l'augmentation du volume poreux n'est pas directement corrélée à l'augmentation de la perméabilité. L'interprétation des résultats obtenus par modélisation géochimique des expériences de dégradation, suggère que l'effet combiné des réactions de dissolution et de précipitation serait à l'origine de ce phénomène. Enfin, l'évolution du volume poreux de nos échantillons a correctement été prédite par le modèle géochimique, qui suggère que l'augmentation du volume poreux est principalement due à la dissolution de calcite.

CO₂geological storage is considered as a technique which reduces large quantities of CO₂rejeted in the atmosphere because of many human activities. The effectiveness of this technique is mainly related to the storage capacity as well as its safety. The safety of this operation is primarily based on the conservation of petro-physical properties of the caprock, which prevents CO₂migration towards the surface. However, when CO₂reaches the reservoir / caprock interface due to buoyancy effects, the interaction between interstitial fluid and injected fluid creates a serie of geochemical reactions affecting the properties of containment of the caprock, which is generally characterized by low transport properties. This work aims to evaluate the geochemical impact of supercritical CO₂/H₂O interaction on the porous structure and transport properties by using a combined experimental and modeling approach. Batch experiments at representatives storage geological conditions have conducted for 6. 87 months. The assessment changes of the porous structure and the transport properties of the samples before and after degradation have been conducted by gas adsorption techniques. Porous structure and transport properties analysis have been conducted by using classical thermodynamics models and probabilistic approaches. The results suggest an overall increase of the porous volume of the samples during all degradation experiment. Otherwise, the serults obtained by the probabilistic approach suggest that the increase of the samples porous volume was not correlated with a permeability increase. The geochemical modeling interpretation of the degradation experiments suggests that a combination of dissolution and precipitation reactions was the primarily cause of this phenomenon. Finally, the evolution of the porous volume of our samples has been correctly predicted by geochemical modeling suggesting that the increase of the porous volume was mainly consequence of calcite dissolution.