Abstract FR:

La mouillabilité est une propriété qui traduit l’affinité préférentielle d’un solide pour un fluide en présence d’un second fluide. Elle se caractérise notamment par l’angle formé aux points de contact entre les trois phases: le substrat solide, et les deux fluides. Cette propriété est d’importance majeure lors d’écoulements en milieux confinés car elle affecte la distribution locale des fluides, sous l’influence des parois. Dès lors, elle régit notamment le comportement d’un écoulement au travers de l’habilité d’un fluide à s’écouler au sein du milieu confiné, en présence d’un autre fluide. Dans l’industrie pétrolière, cela se traduit entre autres par le phénomène des perméabilités relatives, et a fortiori par le volume d’huile qui peut être produit d’un réservoir. Malgré son impact majeur, la caractérisation formelle de la mouillabilité au sein des roches et la compréhension des mécanismes en jeu n’a jamais réellement été explorée à l’échelle des pores. Les roches réservoirs sont des milieux poreux, i.e. composé d’une matrice solide et d’un espace poral plus ou moins connecté, dont les pores ont une taille caractéristique de l’ordre de quelques micromètres. La visualisation directe des fluides en leurs seins a donc été pendant longtemps impossible. Pour contourner cette difficulté, et en s’appuyant sur les impacts connus de la mouillabilité, des tests empiriques ont été mis en place afin d’évaluer l’état de mouillabilité d’un échantillon. Les plus utilisés sont basés sur la quantité de fluides pouvant être récupérée d’une roche après une suite d’écoulements : on distingue notamment le test Amott. Dans ce travail de recherche, nous nous basons sur ce test pour tout ce qui relève de la caractérisation macroscopique de la mouillabilité et nous nous focalisons sur un système roche/eau/huile. Le test Amott retranscrit l’état de mouillabilité au travers de trois indices calculés sur la base des volumes de fluides produits, faisant suite à une succession d’écoulements spontanés et forcés. Les états de mouillabilité extrêmes, e.g. strictement à l’eau ou à l’huile, sont facilement traduits par ces indices. Pour des états de mouillabilité plus partagés, l’inconvénient majeur réside dans le fait que des combinaisons différentes d’indices peuvent se rapporter à un même indice global, mais à des comportements locaux différents. Les récents développements en imagerie permettent d’accéder à l’espace poral de la roche. L’objectif de ce travail est de relier des états de mouillabilité obtenus de manière classique, i.e. au travers du test Amott, à des analyses effectuées à l’échelle des pores. Pour se faire, nous recourons à l’imagerie RX au moyen d’un microtomographe (µCT). Ce dispositif d’imagerie, non destructif, est similaire à ceux utilisés dans l’imagerie médicale, à la différence qu’il vise à distinguer des éléments de taille micrométrique. Nous nous proposons d’effectuer le test Amott, sur des grès de Bentheimer, en imageant les roches après chacun des écoulements qui composent le test. Un tel projet pose d’entrée de jeu un problème d’échelle du fait des différentes tailles d’échantillon requises : la mesure des effluents au cours du cycle Amott requiert l’utilisation d’échantillons de taille centimétrique tandis que l’imagerie des échantillons à l’échelle du micromètre, implique l’utilisation d’échantillon de taille millimétrique. La première partie de ce travail porte donc sur la validation du passage d’échelle. Nous mettons notamment en évidence des effets de bouts aux phases spontanées, qui peuvent affecter les états de saturations des échantillons. La seconde partie traite la confrontation des états de mouillabilité, donnés par le test Amott, aux analyses des données µCT issues d’étapes clés des écoulements. L’analyse à l’échelle des pores démontre une bonne corrélation avec la mesure Amott de l’état de mouillabilité, tout en permettant une meilleure compréhension des phénomènes à l’échelle des pores.