Oil Mobility Estimation and Recovery Optimization

Mobilité de l’huile dans le sol et optimisation de son extraction

• Auteur / Autrice : Cédric Palmier
• Direction : Olivier Atteia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et technologie (sciences de la terre, sciences de l'eau, sciences de l'image)
• Date : Soutenance le 09/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géoressources et Environnement (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Michel Quintard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Atteia, Seyed Majid Hassanizadeh, Gerhard Schäfer, Henri Bertin, Holger Class
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Seyed Majid Hassanizadeh, Gerhard Schäfer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Hydrocarbures

Mots clés libres

Transmissivité de l’huile

Bail-down test

Conductivité hydraulique de l’huile

Variation de nappe

Extraction d’huile

Système multi-phasique

Oil transmissivity

Bail-down test

Hydraulic oil conductivity

Groundwater table fluctuation

Oil recovery

Multi-phase system

Résumé

L’objectif général de cette thèse était d’améliorer l’utilisation des éléments de diagnostic des sites pollués par des hydrocarbures légers. En particulier, il s’agissait : • De valider la méthode d’estimation de la mobilité de l’huile dans le sol, en milieu hétérogène, appelée bail-down test. Et de définir quelle méthode d’interprétation est la plus adaptée. • Comprendre l’impact des variations de hauteur de nappe sur l’épaisseur d’huile mesurée dans les puits de surveillance et sur la mobilité de l’huile. Dans un premier temps, des simulations de bail-down tests ont été réalisées en laboratoire, sur un pilote radial, remplie d’une matrice homogène. Puis, un grand nombre de tests réalisés sur un terrain d’étude, a été interprété. Ces travaux ont permis de confirmer la validité des bail-down tests pour estimer la mobilité de l’huile dans le milieu. L’hypothèse principale pour expliquer la validité de ces tests, alors que les hypothèses théoriques ne sont à priori pas respectées lors des essais, réside dans la faible mobilité de l’huile liée à une viscosité élevée. Dans un deuxième temps, l’impact des variations de nappes a été suivi par des mesures manuelles et automatiques sur le terrain d’étude, pendant plusieurs mois. Ce suivi a permis de décrire de manière précise cet impact, qui est différent pour un hydrocarbure en nappe libre, ou en milieu confiné. Par ailleurs, un modèle a été développé et testé pour simuler les variations d’épaisseur d’huile en fonction des hauteurs de nappe. Ce modèle permet d’estimer l’épaisseur et la position de l’huile dans la formation, ainsi que sa conductivité hydraulique. Les conclusions de cette étude apportent des éléments importants pour améliorer les phases d’investigation de site pollués par des hydrocarbures légers, et pour optimiser l’utilisation des données collectées. Enfin, confirmant l’impact significatif des variations de nappe sur les épaisseurs d’huile dans les puits et en montrant la validité des bail-down tests pour estimer la mobilité de l’huile, cette étude montre la nécessité de baser le dimensionnement des réseaux d’extraction des hydrocarbures, non pas sur l’épaisseur, mais sur la mobilité du produit.

The overall objective of this thesis was to improve the use of investigation data from contaminated site with light hydrocarbons. In particular, this work focused on: • To confirm the validity of the method to estimate the oil mobility in the formation, for heterogeneous conditions, called bail-down test. And, to define which interpretation method is the most relevant. • To understand the impact of the groundwater table variations on the oil thickness in the monitoring wells, and on its mobility. First, bail-down test simulations were performed at laboratory scale, on a radial pilot, filled with homogeneous sand. Then, a significant number of tests were performed on a studied site and interpreted. This work allowed to confirm the bail-down test validity for estimating the oil mobility in the formation. The key assumption to explain why these tests are valid whereas some of the assumptions and boundary conditions are not met during the tests, is based on the low mobility of the oil due to its viscosity. Secondly, the impact of the groundwater table variations has been manually and automatically measured on the studied site, during months. These measurements allowed to describe in detail the impact, which is different between confined and non-confined oil conditions. In addition, a model has been proposed and tested to simulate oil thickness depending on groundwater table level. This model allowed to estimate the thickness and the position of the oil in the formation, and its hydraulic conductivity. Overall, this study gives key elements to improve the investigation phase of site contaminated with light hydrocarbons, and to optimize the use of the collected data. Last, confirming the significant impact of the groundwater table fluctuation on the oil thickness and the validation of the bail-down test to estimate the oil mobility, this study shows the need to consider the oil mobility rather than the oil thickness for designing an oil recovery project.