Détermination de la composition de l'eau de reflux

Composition de l'eau de reflux

Avant le début de la fracturation hydraulique, la porosité de la roche est remplie uniquement par un gaz qui est dans ce cas composé à 80% de méthane. Lorsque la fracturation hydraulique est réalisée, le milieu est donc saturé en eau sur un domaine assez restreint. Le gaz présent initialement dans cette zone est soit déplacé vers l'extérieur, soit il se dissout dans l'eau.

Pour savoir la quantité de méthane soluble dans l'eau, la pression partielle doit être connue. Le gaz se trouve être comprimé par la roche, la pression de la phase gazeuse peut donc être considéré comme égale à la pression litho-statique qui vaut 1140 bar. On obtient donc une pression partielle du méthane $P_{CH_4}=x_{CH_4}*P=912 bar$.

De la même manière, la température influe sur la quantité de méthane dissoute dans l'eau. Comme vu précédemment, on considère que la température à 4000 mètres de profondeur vaut 142°C.

Un autre paramètre qui influe sur la solubilité du méthane dans l'eau est la force ionique de la solution. Une force ionique élevée diminue la solubilité du $CH_4$ à cause des interactions électrochimiques. Dans le cas étudié, elle est principalement imposé par la quantité en NaCl. L'eau de mer possède environ 38 g de NaCl par litre de solution ce qui correspond à une concentration de 0.65 mol par litre de solution.

La publication publiée par Z. Duan et al permet d'estimer la quantité de méthane dissoute dans l'eau en fonction de la température, de la pression partielle en $CH_4$ et nous permet d'estimer que la concentration maximale de méthane dans l'eau dans ces conditions est $C_{max}=0.32 mol.L^{-1}$.

On a donc que le nombre maximal de mole de méthane dissous dans l'eau vaut:

$$n=C_{max}*Volume~de~l'eau=3200 mol$$ Il reste à estimer la quantité de gaz initialement présente dans le domaine d'étude. Pour cela on utilise la loi des gaz parfaits :

$$P*V=n*R*T\Rightarrow n=2.6*10^7mol$$

On peut donc considérer que l'eau de reflux est saturée en gaz. 6000 m3 d'eau remonte à la surface. Une seconde application de la loi des gaz parfaits permet d'estimer le volume du gaz qui peut être récupéré à la surface. $$V_{reflux}= 475 m^3$$

 

 


Bibliographie

ESSO Rep,Rapport de fin de forage,1965

Z. Duan, N. Moller. The prediction of methane solubility in natural waters to high ionic strength from 0 to 250°C and from 0 to 1600 bar,1992

C. Tourenq, Propriétés des calcaires

David R. Lide, ed.,CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005