Récupération assistée du pétrole: du contrôle des interfaces à la nanofluidique – ENCORE

Optimiser la récupération des hydrocarbures dans les champs existants restera de la plus haute importance pour les 20-30 prochaines années, période de transition vers des énergies non basées sur l’exploitation de carburants fossiles. Une telle optimisation passe par une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à l’écoulement forcé de solutions de polymères injectées dans la roche poreuse pour déloger les hydrocarbures qui sinon y restent piégés. Le but de ce projet est de produire une avancée profonde dans la compréhension et la description des mécanismes moléculaires qui régissent l'écoulement des solutions de polymères quand ils sont forcés dans les canaux étroits ou dans des milieux poreux. Pour de tels écoulements à très grande surface d’interface, les frottements interfaciaux jouent un rôle majeur, et il important de produire de nouvelles connaissances pour maitriser les divers phénomènes qui prennent place au voisinage de ces interfaces et ainsi pouvoir optimiser la récupération assistée des hydrocarbures (EOR). Pour atteindre les objectifs fixés par le projet ENCORE, trois équipes universitaires de premier plan possédant une expertise dans la modification de surface avec des polymères, la caractérisation des mécanismes de friction aux interfaces solide-polymère, et les mesures des écoulements hydrodynamiques jusqu’aux échelles de la nanofluidique ont uni leurs forces avec une major pétrolière française. Pour les applications de récupération assistée du pétrole, des solutions aqueuses de Polyacrylamides de poids moléculaire élevé (de HMWPAM) sont injectées pour pousser l'huile dans le réservoir. Ces solutions représentent le meilleur compromis entre le pouvoir viscosifiant, le coût et la disponibilité industrielle. Un grand nombre de phénomènes peut avoir lieu pendant le transport de la solution de polymère à l'intérieur du milieu poreux : adsorption du polymère sur les parois des pores, modification de la conformation des macromolécules adsorbées en raison de l’écoulement, effet de chromatographie d'exclusion de taille, apparition de glissement à la paroi pour la solution de polymère, dégradation des chaînes si la composante élongationnelle de l'écoulement est trop élevée... Un programme scientifique commun fondé sur une approche complémentaire sera réalisé en s’appuyant d'une part sur des expériences spécifiques conduites sur des systèmes modèles et avec des produits proches de l’application, et d’autre part parallèlement, sur des expériences d’écoulements macroscopiques tels que ceux couramment développé par le partenaire industriel. Plus précisément, le consortium propose un programme en trois étapes s’appuyant sur les compétences complémentaires des partenaires académiques, chaque étape menant à l'identification de mécanismes moléculaires dont la pertinence pour l’EOR sera vérifiée. Les questions adressées sont les suivantes : Quels sont les mécanismes de formation d'une couche de polymère adsorbée sur une surface sous écoulement? Quels sont les mécanismes moléculaires de l'interaction entre une couche de polymère ancrée en surface et une solution de polymère s’écoulant sur cette couche. Enfin, comment ces mécanismes sont-ils affectés dans le cas d’écoulements très confinés?
Finalement, une meilleure connaissance de l'écoulement du polymère, de l'adsorption et de son interaction avec la roche devrait permettre d'optimiser les stratégies d'injection de polymère et d'améliorer la conception des macromolécules utilisées. En combinant à la fois des expériences sur des macromolécules modèles et commerciales, les résultats des expériences prévues dans le projet de ENCORE seront directement applicables à l'industrie pétrolière.