Modélisation hydromécanique multi-échelle de la récupération du gaz de charbon
Ahmad Mostafa
A : Modèle conceptuel DEM-DFN de structure du charbon (fractures et matrice).
B & C : représentation à l’échelle du pore des fractures et de la matrice du charbon où les fractures sont plus larges que les pores de charbon
D : Diffusion en surface de la solution adsorbé sur les surfaces des particules.
De nos jours, la demande énergétique mondiale augmente, tout comme les préoccupations concernant le réchauffement climatique. Le gaz de charbon est déjà une source d’énergie précieuse pour de nombreux pays comme les États-Unis, la Chine et l’Australie.
Le gaz de charbon (CBM) est généralement extrait par pompage des eaux souterraines. Sa récupération pourrait être améliorée par injection de CO2. Dans la méthode de récupération assistée de méthane (ECBM), le CO2 est stocké en permanence dans le charbon par adsorption préférentielle, tandis que le méthane est progressivement désorbé et libéré. Les formations de charbon sont des systèmes complexes à double porosité/perméabilité caractérisés par une matrice poreuse, coupée par un réseau de fractures orthogonales. Le méthane est principalement piégé sous forme de couche adsorbée à la surface des micro-pores contenus dans la matrice de charbon tandis que le gaz et l’eau sont transportés par des processus d’advection/diffusion à travers les fractures (limets). De plus, le comportement de gonflement/retrait du charbon induit par les mécanismes d’adsorption/désorption de CH4/CO2 peut considérablement affecter la perméabilité et donc la production de CBM.
OBJECTIFS
L’objectif de ce travail doctoral est de développer un modèle 3D du réseau de fractures pour étudier les processus hydromécaniques associés au transport de masse dans le charbon et leurs impacts sur la production de CBM.
À cette fin, une méthode par éléments discrets (DEM) sera utilisée, où la matrice de charbon est modélisée comme un assemblage de particules liées dans lequel se produira un écoulement diffusif monophasé. En parallèle, ce système de limets sera décrit par un réseau de fracture distincte intégré (DFN) où un écoulement biphasique advectif se produira.
Le modèle sera implémenté dans la plate-forme Yade Open DEM qui a la capacité de simuler les couplages HM-DEM-DFN. Les géométries du modèle seront construites sur la base d’images radiographiques d’échantillons de charbon étudiés dans une thèse de doctorat conjointe.
LES AVANCÉES A SIX MOIS
À ce jour, le modèle de matrice de charbon est en cours de programmation. Le transport diffusif du méthane peut être modélisé au sein d’une matrice de charbon saturé. La prochaine étape consistera à considérer les changements volumétriques de la phase solide associés au processus d’adsorption/désorption.
Thèse encadrée par Luc Scholtes et Fabrice Golfier (GeoRessources)