Pore-Scale Imaging and Modelling of Reactive Flow in Evolving Porous Media: Tracking the Dynamics of the Fluid–Rock Interface

Autor: Cyprien Soulaine, Catherine Noiriel
Přispěvatelé: Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Milieux Poreux - UMR7327, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), ANR-10-LABX-0100,VOLTAIRE,Geofluids and Volatil elements – Earth, Atmosphere, Interfaces – Resources and Environment(2010), ANR-19-CE05-0002,FraMatI,Modélisation micro-échelle des intéractions fracture-matrice en régime multiphasique réactif(2019), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Rok vydání: 2021
Předmět:
Interface (Java)
General Chemical Engineering
0208 environmental biotechnology
Flow (psychology)
Reactive flow
Aquifer
02 engineering and technology
Surface finish
010502 geochemistry & geophysics
01 natural sciences
Catalysis
[SPI]Engineering Sciences [physics]
Fluid–rock interface
X-ray micro-tomography
[SDU.STU.GC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geochemistry
Carbonate dissolution
Mineral reactivity
Fluid–mineral interface
Pore-scale imaging
Porosity
0105 earth and related environmental sciences
Rock microstructure
Pore-scale modelling
Darcy–Brinkman model
geography
Hydrogeology
geography.geographical_feature_category
Mechanics
[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation
020801 environmental engineering
13. Climate action
Porous medium
Digital rock physics
Geology
Zdroj: Transport in Porous Media
Transport in Porous Media, 2021, 140 (181–213), ⟨10.1007/s11242-021-01613-2⟩
Transport in Porous Media, Springer Verlag, 2021, 140 (181–213), ⟨10.1007/s11242-021-01613-2⟩
ISSN: 1573-1634
0169-3913
Popis: International audience; Fluid–mineral and fluid–rock interfaces are key parameters controlling the reactivity and fate of fluids in reservoir rocks and aquifers. The interface dynamics through space and time results from complex processes involving a tight coupling between chemical reactions and transport of species as well as a strong dependence on the physical, chemical, mineralogical and structural properties of the reacting solid phases. In this article, we review the recent advances in pore-scale imaging and reactive flow modelling applied to interface dynamics. Digital rocks derived from time-lapse X-ray micro-tomography imaging gives unprecedented opportunity to track the interface evolution during reactive flow experiments in porous or fractured media, and evaluate locally mineral reactivity. The recent improvements in pore-scale reactive transport modelling allow for a fine description of flow and transport that integrates moving fluid–mineral interfaces inherent to chemical reactions. Combined with three-dimensional digital images, pore-scale reactive transport modelling complements and augments laboratory experiments. The most advanced multi-scale models integrate sub-voxel porosity and processes which relate to imaging instrument resolution and improve upscaling possibilities. Two example applications based on the solver porousMedia4Foam illustrate the dynamics of the interface for different transport regimes (i.e., diffusive- to advective-dominant) and rock matrix properties (i.e., permeable vs. impermeable, and homogeneous vs. polymineralic). These parameters affect both the interface roughness and its geometry evolution, from sharp front to smeared (i.e., diffuse) interface. The paper concludes by discussing the challenges associated with precipitation processes in porous media, rock texture and composition (i.e., physical and mineralogical heterogeneity), and upscaling to larger scales.
Databáze: OpenAIRE
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