SwRI construit un banc d’essai pour les outils de fond de puits au CO₂ supercritique

Au Southwest Research Institute, le nouveau banc d’essai expose de véritables équipements de fond de puits à la même forme inhabituelle de dioxyde de carbone que celle qu’ils peuvent rencontrer sous terre. Le système fait circuler du CO₂ supercritique dans des composants utilisés pour le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS), plutôt que de se limiter à l’eau ou à l’air comme substituts.

Le phénomène commence à environ 87,8 °F (31 °C) et 74 bar. Au-delà de ces seuils, le CO₂ franchit son point critique et devient un fluide supercritique, dont la densité est comparable à celle d’un liquide, mais qui peut s’écouler et pénétrer dans une certaine mesure comme un gaz. De petites variations de pression et de température peuvent également modifier fortement sa densité, sa viscosité et d’autres propriétés.

Cela a son importance pour les vannes, les crépines et les dispositifs de contrôle de débit d’un puits de stockage. Ces composants déterminent où et à quelle vitesse le CO₂ pénètre dans une formation rocheuse, et contribuent à empêcher les fluides indésirables de circuler dans le puits. Le banc de SwRI mesure la perte de pression au niveau des étranglements, comme les vannes, ainsi que les débits et les vibrations, tout en aidant à évaluer la fiabilité à long terme. Jacqueline Manders, responsable adjointe de programme au sein de la section Thermofluids de SwRI, a déclaré que les essais précédents avec des fluides représentatifs « ne correspondent pas vraiment au comportement du CO₂ supercritique en profondeur ».

Les essais physiques sont associés à un modèle informatique 3D détaillé. Cette approche de mécanique des fluides numérique divise les passages d’écoulement en de nombreuses petites régions et calcule la vitesse, la pression, la turbulence et la température. Selon Raouf Tajik, ingénieur de recherche chez SwRI, les modèles tiennent également compte des variations des propriétés du CO₂, du transfert thermique et de la turbulence de l’écoulement ; la comparaison des prédictions avec les résultats des essais doit permettre de valider les simulations.

En pratique, cette capacité offre aux concepteurs d’équipements un moyen plus réaliste d’identifier les chutes de pression, les forces, les vibrations, l’érosion et le comportement des systèmes de contrôle avant d’utiliser les outils dans un puits CCUS. Un modèle qui correspond aux mesures du banc pourrait ensuite examiner d’autres conditions d’exploitation sans nécessiter un essai physique distinct pour chaque cas.