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الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET P

الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة التعليم العالي والبحث العلمي Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique جامعة أمحمد بوقرة ببومرداس Université M'Hamed Bougera de Boumerdès كـلـيـــة الـمــحروقــات والـكيميــاء Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Exposé Réalisé par KOUIDRI MOHAMMED IMAD EDDINE BENDAGHEUR ABDELKADER Thème : Etude de l’effet de klinkenberg dans les milieux poreux. Module : Mécanique des fluides dans les milieux poreux ***GARECH Mourad*** Spécialité : Production des hydrocarbures **Master1** Département : Gisement miniers et pétrolière Sommaire 1 L’année universitaire : 2020/2021. 2 Nomenclature symbole Désignation unité q flux volumique [m.s-1] Q débit volumique [m3.s-1] S surface traversé par le fluide [m2] K perméabilité apparente [m2 ou Darcy] Kint Perméabilité intrinsèque du matériau [m2] b Coefficient de klinkenberg [pa] λ Libre parcours moyen [m] µgaz Viscosité dynamique du gaz [pa.s] T Température [k] pm Pression moyenne [pa] Kn Nombre de knudsen Sans unité d Diamètre moyenne des pores [m] qdarcy Flux volumique de darcy [m/s] Kint Perméabilité intrinsèque du matériau [m] qknudsen flux volumique de knudsen [m/s] Dkint diffusivité de knudsen intrinsèque [m2/s] M Masse molaire [kg/mol] Dp Variation de pression [pa] Dx abscisse [m] K0 La perméabilité a haute pression [m2 ou Darcy] Q L fl d [ 3/ ] Introduction Générale : L’Homme essaie toujours d’exploiter les ressources que lui offre la nature, et d’en profiter au maximum possible dans tous les domaines, comme c’est le cas en approvisionnement énergétiques, il tente constamment de trouver d’autres ressources pour mettre fin à sa dépendance aux énergies fossiles, qui sont en diminution aussi terrifiante, mais avant de fournir une solution à ce problème aussi complexe, on essaie d’optimiser les taux de récupération des hydrocarbures. Pour ce faire, il faut une bonne connaissance de la façon dont les fluides se déplacent ou se mélangent dans le sous-sol. Ces procédés de drainage de l’huile se présentent comme des balayages du réservoir entre les puits d’injection et les puits de production. L’efficacité de ce balayage dépend de beaucoup de facteurs souvent imposés par la nature, comme les caractéristiques des fluides en place ou des roches qui composent le réservoir. Un fluide qui se déplace en milieu poreux est soumis à l’influence de la structure du milieu qu’il traverse. Les milieux poreux sont en réalité constitués de domaines connexes présentant eux-mêmes des caractéristiques parfois très différentes : ainsi la taille des pores, leur forme ou le degré de compacité du milieu peuvent varier de manière importante sur une distance très faible. La perméabilité du milieu, c'est-à-dire l’aptitude du milieu à laisser passer un fluide dont il est saturé, peut donc être extrêmement hétérogène. En conséquence, l’avancée du front de déplacement des fluides sera plus rapide dans les couches les plus perméables que dans les autres couches, ce qui rend les déplacements de fluides très complexes. En effet, les hétérogénéités de perméabilité sont susceptibles de créer par exemple des canaux d’écoulement préférentiel. Ceux-ci augmentent significativement la rapidité de transformation d’un puits producteur d’huile en un puits à eau. Au contraire, des zones de faible perméabilité peuvent laisser inexploitées de grandes quantités d’huile. Une bonne connaissance des écoulements des fluides dans le gisement présente unintérêt économique évident : il est alors possible d’optimiser le taux de récupération en modifiant les paramètres des puits d’injection et en agissant sur les paramètres de déstabilisation du front de déplacement afin de permettre un meilleur balayage. 3 Les phénomènes qui se déroulent dans les milieux poreux dépendent, en général, d'un certain nombre de propriétés dont: les propriétés de stockage des fluides (soit sous forme adsorbée sur le solide, soit remplissant les pores), les propriétés de transferts (masse, quantité de mouvement, énergie) et enfin les propriétés mécaniques. Comme pour tous les systèmes hétérogènes poly-phasiques, ces propriétés sont évidemment fonction de la morphologie de la matrice et des phénomènes qui se développent et interagissent dans les différentes phases, ce qui rend le champ d'étude des écoulements et transferts de chaleur en milieux poreux particulièrement vaste. De ce fait, les éléments développés ici n'ont pas la prétention d'épuiser le sujet. Ils tentent simplement, après l'introduction des notions indispensables, concernant la caractérisation des milieux poreux, de constituer une synthèse et une initiation à des ouvrages plus spécialisés. L’analyse de l’écoulement des fluides dans les milieux poreux a évolué pendant ces années, les physiciens, les ingénieurs, les hydrologistes et d’autre ont examiné expérimentalement le comportement des différents fluide s’écoulant à travers des milieux poreux (sable, pyrex..), sur la base de leurs analyses, ils ont essayé de formuler des lois et des corrélations qui alors peuvent être utilisées pour faire des prédictions analytiques pour des systèmes similaires. Chapitre 1 : Notions de base et propriétés des milieux poreux I -1 Introduction : Dans ce chapitre introductif, nous rappellerons tout d’abord une définition des milieux poreux, et les différentes types des milieux poreux « solide, granulaire, consolidé », et mettre en évidence la notion de porosité, en défini d’aborde la porosité et énumère leurs types. Et aussi la perméabilité « définition et les différentes types de ce paramètre », enfin la loi de darcy et ces applications et les limitations. I -2 Définition: On désigne, usuellement par un milieu poreux, un solide dit matrice d’une certaine forme contenant des vides appelés pores. Ces vides peuvent être reliés ou non les uns aux autres. Une ou plusieurs phases fluides s’écoulent à l'intérieur et peuvent échanger, avec la matrice solide, de la matière et /ou de l’énergie [1]. Les milieux poreux occupent une place et un rôle importants dans de nombreux domaines industriels aussi bien naturels; on les rencontre par exemple en génie pétrolier, médecine, chimie, géologie, etc. [2] I -3 Types des milieux poreux : Les milieux poreux sont de très vaste variété et de nature. Leur classification se fait selon [1]: I -3-1 La matrice solide : Selon la matrice solide, on distingue : I -3-1-1 La matrice consolidée : Les particules de la phase solide sont très compactes, difficiles à diviser. 4 Figure I-3 : structure consolidée [1] I -3-1-2 : La matrice granulaire (non consolidée) : Dans ce cas, la matrice n’est formée que de grains ou particules non soudées entre elles (graviers, sable, etc.) Figure. I-3 : structure non consolidée [2] I -4 La Porosité : La porosité est l'ensemble des volumes de petite taille, ou pores, pouvant être occupés par des fluides à l'intérieur d'une roche (Foucault & Raoult, 1992). Le terme "pore" employé au sens large désigne l'espace poreux sans distinction de forme. On peut classifier les vides suivant leur coefficient de forme, rapport de la plus petite dimension sur la plus grande. On parle ainsi de pores ou de fissures selon leur cas (Walsh &Brace, 1966). Les pores au sens strict sont des vides de forme plutôt convexe, tandis qu'on désigne par fissures les vides à très faible coefficient de forme et d’épaisseur négligeable. I -4-1 La porosité d’interstice : La porosité d’interstice représente les vides autour des particules solides plus ou moins liés les uns aux autres. Figure. I-4 : porosité d’interstice [3] I -4-2 La Porosité à fissure: La porosité à fissure correspond à des fractures (fissures) dans la matrice. 5 Figure. I-4 : porosité à fissure [4] Remarque: En général, ces deux types de porosité peuvent cohabiter comme dans les roches par exemple. I -5 La perméabilité : La perméabilité d'un milieu poreux caractérise son aptitude à laisser circuler un fluide (Liquide ou gaz) au sein de son espace poreux. Elle dépend de la structure interne de l'espace poreux et particulièrement de la connectivité de ses différents éléments. C'est une propriété de transport macroscopique exprimant le rapport entre une force (gradient de pression) imposée à un fluide pour traverser le milieu et le débit résultant. On peut mesurer la perméabilité d'un milieu à l'échelle de l'échantillon de laboratoire ou du terrain, ou bien l'évaluer en modélisant la circulation des fluides dans un milieu poreux dont on contraint la microstructure. I -5-1 La perméabilité intrinsèque : La perméabilité intrinsèque ou absolue d’une roche est l’aptitude de cette roche à laisser circuler à travers ses pores un fluide dont elle est saturée. Elle peut être chiffrée grâce à la loi expérimentale de darcy. Considérons un échantillon de longueur ΔX et de section A, saturé d’un fluide de viscosité dynamique μ et traversé horizontalement par un débit Q mesuré dans les conditions de la tranche dx. En régime permanent, la pression amont est P et la pression avale est P-dp. Figure. I-5: Carotte pour la mesure de la perméabilité intrinsèque [5] Dans le cas des écoulements poly-phasiques, la perméabilité intrinsèque définie précédemment, n’est plus suffisante pour décrire la perméabilité effective du milieu traversé par l’une des phases considérées. En effet, une perméabilité dite "relative" est introduite. Cette perméabilité tient compte de la présence des autres phases. 6 I_ 6 Limitations de loi Darcy : La loi de Darcy est une loi empirique expérimentale, néanmoins il s'avère que le champ des domaines dans lesquels elle décrit les écoulements dans les milieux poreux est uploads/Geographie/ expose-garrech 1 .pdf