Mécanisme de filtration des suspensions de microgel

Abstract

Les écoulements de suspensions dans des milieux poreux sont particulièrement complexes, notamment à cause du couplage d’écoulements de cisaillement et d’écoulements élongationnels (Herzig, Leclerc et Goff, 1970). On les retrouve fréquemment dans les applications industrielles, l’une des applications principales se trouvant lors des opérations de production de pétrole et de gaz. Lors de la construction d'un puits, des additifs polymères anti perte de fluide empêchent à plusieurs étapes l'écoulement de fluide entre le puits et la formation de roche poreuse environnante. La perte de fluide est un problème grave si elle n’est pas maîtrisée ; elle s’ajoute alors au coût total des opérations et pourrait surtout avoir des conséquences néfastes pour l’environnement et les opérateurs. Parmi les technologies disponibles, des additifs polymères connus sous le nom d'additifs anti perte de fluide, tels que des microgels et des particules de latex, sont ajoutés aux fluides injectés pour limiter les pertes de fluide (généralement de l'eau) via un mécanisme de colmatage / blocage de pores du support poreux.Le comportement de blocage de beaucoup de ces additifs anti perte de fluide a été testé par des méthodes conventionnelles qui impliquent l'application d'une différence de pression élevée (typiquement 35-70 bars) sur le fluide formulé comprenant les additifs contre un filtre représentatif de la taille typique des pores de la formation (une grille métallique, de la céramique ou du papier filtre) et la mesure du volume de filtrat en fonction du temps. Cependant, ces méthodes standard ne permettent pas de comprendre le mécanisme sous-jacent de la dynamique de blocage des supports poreux. Par conséquent, une meilleure compréhension du mécanisme de blocage d’un support poreux par des additifs industriels anti perte de fluide est nécessaire.Dans ce travail, nous utilisons des suspensions de microgels réticulés chimiquement comme additifs anti perte de fluide et nous étudions leur comportement de blocage dans des milieux poreux modèles transparents. Nous utilisons des dispositifs à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) comme modèle de support poreux permettant l'observation directe du processus de blocage couplée à des mesures quantitatives. Nous fabriquons des dispositifs microfluidiques de filtration frontale et de filtration latérale avec différentes tailles de pores afin de déterminer comment des paramètres tels que la mouillabilité de la surface, la concentration en particules, la taille des particules et le débit affectent la formation du gâteau de filtration.Nous présentons une méthode de contrôle de la taille des particules constituant les suspensions de microgels. Nous décrivons ensuite une approche pour préparer des suspensions à plus haute concentration et étudions la rhéologie des suspensions en fonction de la concentration en particules. De plus, nous présentons un procédé simple pour former un gâteau de filtration à partir de la suspension de microgels sur une membrane et estimons la perméabilité à l’eau du gâteau de filtration formé selon la loi de Darcy.