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Proposé et Encadré par Présenté par : H.DJEBOURI Mr MOUHOUS S.ZOUAOUI Ouahab So

Proposé et Encadré par Présenté par : H.DJEBOURI Mr MOUHOUS S.ZOUAOUI Ouahab Soutenu le : 12/11/2016 devant le jury : - Mr NEBAli. R Président - Mr SALHI. F Examinateur - Mr Djebouri. H Encadreur REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI TIZI OUZOU FACULTE DE GENIE DE LA CONSTRUCTION DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE Mémoire de fin de cycle Présenté pour l’obtention du diplôme de Master Académique en génie mécanique Option : énergétique Thème Simulation numérique d’un écoulement diphasique eau-huile dans un milieu poreux 2015/2016 Remerciement Je remercie ALLAH tout puissant qui m’a donné le courage, la force et la volonté pour réaliser ce modeste travail. Mes sincères remerciements à mes encadreurs H.DJEBOURI et S.ZOUAOUI, de m’avoir conseillé, dirigé et assisté pendant la réalisation de ce travail. Mes remerciements vont également aux membres de jury qui ont accepté d’examiner ce mémoire de fin d'études sans oublier l’ensemble des enseignants et toutes les personnes qui ont contribué à ma formation et l’aide qu’ils m’ont fournie de près ou de loin pendant tout mon cursus. DEDICACES Je dédie ce travail : A mes très chers parents A mes frères et sœurs A la mémoire de mon défunt frère Mes neveux et nièces A ma femme A mon petit Mohand Ameziane A tous mes amis A tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin A tous les enseignants Ouahab Sommaire Introduction Générale 1 Chapitre I : Généralités sur les milieux poreux I-1.Définition 3 I-2.Types des milieux poreux 3 I-2-1.la matrice solide 3 I-2-1-1. La matrice consolidée 3 I-2-1-2. Matrice granulaire 3 I-2-2.Les pores 4 I-2-2-1.Porosité d’interstice 4 I-2-2-2.Porosité à fissure 4 I-3.Caractéristiques des milieux poreux 5 Volume Élémentaire Représentatif (VER) 5 I-3-1.La porosité 6 I-3-2.La tortuosité 8 I-3-3.La teneur en eau 9 I-3-4.La saturation de la phase 9 I-3-5.La perméabilité 9 I-3-5-1.La perméabilité intrinsèque 9 I-3-5-2.La perméabilité effective 11 I-3-5-3.Perméabilité relative 11  Variation de la perméabilité relative en fonction de la saturation (Cas du couple eau/huile) 12 I-3-6.La mouillabilité 13 I-3-7.Tension interfaciale– superficielle 14 a. La méthode d'ascension capillaire 16 b. La méthode de Wilhelmy 16 c. La méthode de la goutte pendante 17 d. La méthode de la goutte tournante 17 Chapitre II : Modélisation Mathématique Introduction 21 II-1. Equations fondamentales des écoulements en milieu poreux 21 II-2. La loi de Darcy 21 II-2-1 Ecoulement monophasique 21 II-2-2.Ecoulement diphasique 22 II – 3. Equation de conservation de masse 23 II – 3. Equation de pression 23 II – 3. Régime d’écoulement 24 Chapitre III : Applications : Résultats et discussions Introduction 26 III-1.Description de la géométrie 27 III-3. Création de la géométrie sur GAMBIT 27 III-4. Utilisation du code FLUENT 30 III-3.Résultats et discussion 32 a. Application I 32 b. Application II 42 Conclusion Générale 49 Liste des tableaux et des figures Chapitre I : Généralités sur les milieux poreux Figure.I-1 : structure consolidée Figure.I-2 : structure non consolidée Figure.I-3 : porosité d’interstice Figure.I-4 : porosité d’interstice Figure.I-5 : Représentation schématique d'un VER Figure.I-6: Arrangements réguliers de sphères de même diamètre avec la porosité associée Figure.I-7: Carotte pour la mesure de la perméabilité intrinsèque Figure.I-8:Courbe de drainage –imbibition Tableau.I-1: Valeurs de perméabilité de certains matériaux Figure. I-9: Courbes de perméabilité relatives, couple eau/huile Figure.I-10: mouillage d'un solide par deux liquides non miscibles Figure.I-11 : Vision schématique de l'interface Figure.I-12 : États des molécules du volume (cas (a)) et des molécules à l'interface (cas(b)) Figure.I.13: Représentation de deux phases non miscibles 1 et 2 dans un tube capillaire Figure.I-14: Loi de Jurin appliquée au cas eau/air Figure.I-15:Méthode Wilhelmy Figure.I-16:Goutte pendante Chapitre II : Modélisation Mathématique Figure. II-1 : Dispositif de Darcy Chapitre III : Applications : Résultats et discussions Tableau. III-1 : illustration des caractéristiques des deux applications. Figure.III-2 : Domaine d'étude créé sur GAMBIT (1ère application) Figure.III-3 : Domaine d'étude créé sur GAMBIT (2ème application). Figure.III.4 : maillage du domaine physique (1ère application) Figure.III.5 : maillage du domaine physique (2ème application) Figure.III.6 : Exportation de la géométrie vers FLUENT Figure.III.7 : démarrage de FLUENT Tableau.III.2 : Propriété des fluides. Figure.III.8 : Représentation de l’évolution des résidus de la première application Figure III.9 : Evolution de la saturation de l'eau à travers le milieu. Figure III.10 : Saturation de l'eau à travers le milieu Figure III.11 : Représentation de l’évolution des résidus Figure III.12 : Evolution de la saturation de l'eau à travers le milieu Figure III.13 : Saturation de l'eau. NOMENCLATURE Symbole Désignation Unité Volume totale du solide Volume du solide Volume du vide Volume gravitaire du fluide Volume de l’eau Indice du vide - Porosité totale - Porosité effective - Tortuosité - Longueur réelle des capillaires Longueur du milieu poreux Teneur en eau - Nombre d’Avogadro - Nombre moléculaire Encombrement moléculaire surfacique Aire spécifique . Saturation de la phase i Débit volumique Perméabilité du milieu Surface du milieu Viscosité dynamique Perméabilité relative du fluide - Perméabilité effective du fluide Pression dans le fluide i Tension interfaciale Rayon Pesanteur Hauteur Masse volumique Force Longueur de la ligne triple Courbure du fluide dans le tube capillaire ⃗ ⃗ Vecteur vitesse Diamètre des grains Nombre de Reynolds - 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 un intérêt 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. La simulation numérique en ingénierie des réservoirs est devenue incontournable compte tenu du volume important de données à traiter. De nombreux codes dédiés à la simulation des déplacements polyphasiques dans les milieux poreux ont été développés à l’exemple des codes ECLIPSE, VIP, UTCHEM et FLUENT. Dans ce travail nous avons utilisé le code FLUENT pour simuler un déplacement immiscible à travers un milieu poreux. L’intérêt de ce présent travail est de visualiser la forme de l’interface d’un déplacement immiscible et voir l’influence de la perméabilité du milieu sur son évolution. Chapitre I : Généralités sur les milieux poreux 3 I-1.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-2.Types des milieux poreux : Les milieux poreux sont de très vaste variété et de nature. Leur classification se fait selon [1] : I-2-1.la matrice solide : Selon la matrice solide, on distingue : I-2-1-1. La matrice consolidée : Les particules de la phase solide sont très compactes, difficiles à diviser. Figure.I-1 : structure consolidée [1] I-2-1-2. Matrice granulaire (non consolidée) : Dans ce cas, la matrice n’est formée que de grains ou particules non soudées entre elles (graviers, sable, etc.) Chapitre I : Généralités sur les milieux poreux 4 Figure.I-2 : structure non consolidée [1] I-2-2.Les pores : Selon les pores, uploads/Geographie/ mouhous-ouahab.pdf