Etude des mécanismes physiques et chimiques induits par le stockage du CO2 dans les aquifères salins profonds à l’aide des outils de la microfluidique

A microfluidic study of the physical and chemical mechanisms induced by CO2 injection in deep saline aquifers

• Auteur / Autrice : Mahdi Mansouri-Boroujeni
• Direction : Mohamed Azaroual, Sophie Roman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 12/05/2022
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Mazellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amir Raoof, Linda Luquot, Fabrice Golfier, Christelle Miqueu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Marre, Amir Raoof

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation numérique directe

Perméabilité

Roches réservoirs (géologie pétrolière)

Captage et stockage du dioxyde de carbone

Écoulement en milieux poreux

Écoulement polyphasique

Mots clés libres

Stockage du CO2

Écoulements multiphasiques

Physique à l'échelle des pores

Pore-doublet

Mécanismes d'invasion des pores

CO2 storage

Multiphase flow

Pore-scale physics

Pore-doublet

Pore invasion mechanisms

Résumé

Le stockage de CO2 (CS) dans les réservoirs géologiques est envisagé pour réduire le CO2 atmosphérique.Le CO2 est capté, purifié, transporté et injecté dans un réservoir géologique profond recouvert d'une roche couverture imperméable. Un stockage sûr et permanent du CO2 dépend en grande partie de notre compréhension des mécanismes physiques et chimiques induits par le CS. Des études à petite échelle sont nécessaires pour le comportement du CO2 à l’échelle du réservoir. L'objectif de cette thèse est d'utiliser des réplicas de roches à l'échelle du micromètre pour cibler les mécanismes fondamentaux (i) du déplacement duCO2, (ii) de l'évolution géochimique du réservoir. Nous avons caractérisé expérimentalement et numériquement les mécanismes à l'origine des différents régimes d’écoulements du CO2. De plus, nous avons observé que les impuretés présentes dans le CO2 augmentent considérablement la dissolution des carbonates et produisent du gypse entraînant des altérations pétrophysiques.

CO2 sequestration (CS) in geological reservoirs is targeting reduction of atmospheric CO2. CO2 is captured, purified, transported and injected into a deep geological reservoir covered by an impermeable caprock. The success of a secure and permanent storage of CO2 in subsurface formations depends largely on our understanding of physical and chemical mechanisms induced by CS. Small-scale studies are needed to serveas pieces of the big puzzle of reservoir-scale CS behavior. The aim of this PhD is to use micron-scale replicasof reservoirs to target fundamental mechanisms of (i) CO2-brine displacement, (ii) the geochemical reservoir evolution in the presence of impurities. We characterized experimentally and numerically the micron-scale mechanisms behind CO2 and brine displacement. Moreover, we observed that impurities drastically increase carbonate dissolution and produces gypsum resulting in petrophysical alterations. These results will serve tooptimize the injection process for CS.