Phénomène de dissociation des hydrates sédimentaires

Le modèle présenté dans la partie précédente est un modèle de dissociation d’une carotte sédimentaire partiellement saturée en hydrates de méthane. Ce modèle permet de suivre l’évolution de la pression, de la température et des saturations en eau, gaz et hydrate au sein du milieu poreux pendant la dissociation.

Géométrie et présentation des résultats

Le phénomène de dissociation des hydrates de méthane est étudié au sein d’une carotte sédimentaire, les équations décrivant le système sont ainsi écrites en coordonnées cylindriques. La carotte sédimentaire sera donc définie par sa longueur L et son diamètre d (figure 5.1 (a)). Cette carotte partiellement saturée est contenue dans un cylindre pour lequel la température peut être fixée (Cf. 4.3.2).

Ses parois, nommées « parois externes » (figure 5.1 (b)), sont considérées imperméables pour tout fluide. Figure 5.1 – (a) Géométrie de la carotte sédimentaire, (b) Carotte et parois  Par souci d’un gain de temps, les simulations numériques sont effectuées en 2 dimensions sur un plan du cylindre (plan bleu sur la figure 5.2, le fait de négliger la pesanteur rend possible cette simplification). Quel que soit le plan du cylindre choisi (plan longitudinal), les résultats obtenus sont équivalents pour l’évolution des saturations, de la pression P et de la température T.

Par souci de lisibilité et de clarté des graphiques, les échelles ne sont pas respectées: bien que la carotte sédimentaire ait une longueur L très supérieure à son diamètre d, les axes sont de même longueur sur les graphiques présentés ci-dessous. Figure 5.2 – Plan de présentation des résultats des simulations numériques Sur chaque graphique présenté ci-dessous, le point de coordonnées (0,0) correspond au point situé en bas et à l’extrémité droite du plan du cylindre (croix rouge sur la figure 5.2).

Exemple de dissociation d’une carotte sédimentaire

Une méthode de dissociation des hydrates sédimentaires par dépressurisation symétrique est principalement utilisée au cours des simulations numériques (même méthode que pour la partie expérimentale, Cf. 7.1.3). Pour toutes les simulations numériques présentées dans cette partie, la dépressurisation est appliquée au système à l’instant t = 0.

Les conditions initiales pour chaque simulation correspondent aux conditions d’équilibre des hydrates de méthane (par exemple, pour une température des parois Tp égale à 276 K, la pression P dans la carotte sédimentaire est égale à 3,55 MPa). A l’instant t = 0, on applique au système soit une dépressurisation (aux deux extrémités de la carotte sédimentaire) soit une augmentation de la température des parois afin de déstabiliser les hydrates et d’amorcer leur dissociation. On considère que la dissociation commence à l’instant t = 0.

Les figures suivantes (5.3, 5.4 et 5.5) présentent l’évolution de la pression, la température et la saturation en hydrates au sein de la matrice sédimentaire au cours de la dissociation. Ainsi, ces trois grandeurs macroscopiques sont données pour différents instants t. La carotte sédimentaire prise en compte pour cette simulation mesure 50 cm de longueur et 2 cm de diamètre. 5 – Résultats numériques 81 Les conditions initiales sont les suivantes : T 0 = 276 K, P 0 = 3,55 MPa, Sh 0 = 0,5, Sg 0 = 0,5, Sl 0 = 0.

Le sédiment utilisé au cours de cette simulation a une porosité φ de 37%, une perméabilité K0 égale à 10-11 m 2 et une conductivité thermique λs égale à 1,4 W.m-1.K-1. A l’instant t = 0, une dépressurisation de 0,51 MPa est appliquée au système, donc la pression de dissociation Pd est égale à 3,04 MPa).

La température et la pression au sein du milieu poreux évoluent très rapidement suite à cette dépressurisation: trente secondes après celle-ci (figure 5.3), la pression est quasiment uniforme (et égale à la pression de dissociation Pd) dans la carotte sédimentaire, la température au cœur de la carotte est égale à la température d’équilibre pour cette pression de dissociation (Teq(Pd) = 274,6 K). Pour ce qui est de la saturation en hydrates Sh, elle n’a encore que peu évolué.