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Chemical flooding, SP (Surfactant Polymer) or ASP (Alkali-Surfactant-Polymer), are of increasing interest due to the need to increase oil production. Design of chemical processes is very project specific and requires case by case studies including various steps among which reservoir data analysis, chemical formulations, coreflood validations and reservoir simulation. Every step is dependent on the preceding ones and the last reservoir simulation step gathers all the information collected during the project. In this paper, we present a chemical simulator describing two phase flow with chemical transport of alkali, surfactant, polymer and salinity. Two phase flow is related to capillary desaturation curve through the decrease of oil-water interfacial tension. Physical chemistry reactions are described either with a thermodynamic approach or a simplified one using tables or simplified physics to be compatible with large scale reservoir simulations. In this paper, we describe the simulator and present results of numerous experiments specially designed to validate the model: alkaline injections of carbonates and borates, surfactant adsorption experiments at different salinities and pH, systematic effect of salinity on interfacial tension and oil recovery with/without salinity gradient. The good agreement between the experimental and numerical oil recoveries and chemical compositions is very encouraging and supports the validity of the physics implemented in the simulator. In particular, the dominant effect of pH on adsorption and the importance of a salinity gradient on oil recovery is highlighted by numerical simulation. Finally, a sensitivity study at the reservoir scale is presented to illustrate relevant factors for the implementation of an economic surfactant-based process. Les procédés de récupération tertiaire par voie chimique, SP (Surfactant Polymer) ou ASP (Alkali-Surfactant-Polymer), sont en plein essor du fait d’une demande croissante en produits pétroliers. La mise en œuvre des méthodes de récupération d’huile par voie chimique sont très spécifiques et demandent des études intégrées allant de l’étude du réservoir à la simulation du procédé à l’échelle du réservoir, sans oublier les études de laboratoire. Cet article présente le simulateur chimique SARIPCH développé pour les évaluations à l’échelle du réservoir. Il s’agit d’un simulateur de type ‘‘black oil’’ incorporant des équations de transport pour les produits chimiques : alcalin, tensio-actif et polymère. Le processus de récupération d’huile est introduit par la courbe de désaturation capillaire. Les réactions physico-chimiques sont décrites en utilisant soit une approche thermodynamique, complète ou simplifiée, soit des tables de façon à rendre les calculs plus efficaces. Dans cet article, on décrit le simulateur et on présente des résultats expérimentaux destinés à valider la physique du simulateur : injection alcaline avec carbonates ou métaborates comme additif alcalin, expériences d’adsorption en fonction de la salinité et du pH, effet systématique de la salinité sur la tension interfaciale et expériences de récupération d’huile avec ou sans gradient de salinité. La bonne adéquation entre résultats expérimentaux et résultats calculés par le simulateur, que ce soit sur les courbes d’élution des produits chimiques ou sur les taux de récupération d’huile, est encourageante et prouve la validité de la physique introduite dans le simulateur. Des études de sensibilité montrent l’impact majeur de la courbe de désaturation capillaire et de l’adsorption sur les taux de récupération d’huile. Pour finir, une approche économique, fondée sur des simulations numériques, fournit des guides à l’échelle du réservoir.

We present studies of axisymmetric drainage in two-dimensional micromodels of porous media using up to date microfabrication and image analysis methods. Drainage of model oil by aqueous solutions is studied at low capillary numbers (Ca) typically encountered during oil recovery operations. We use two types of oil-wet micromodels: one is based on a deposition method for creating a random monolayer of micronic glass beads, while the other is made using computer generated random networks etched in glass using wet-lithography. Both models have a central injection scheme and a radial geometry, resulting in a continuous variation of the capillary number during the course of drainage. We first carry out an analysis of experiments at global micromodel scale using computer based image analysis coupled with flow rates and pressure drop measurements. Basic relevant parameters such as permeability, porosity of the micromodel and residual oil in place after waterflooding are extracted. We then take advantage of the ease of observation in transparent micromodels to investigate the drainage phenomenon at local scale. Local saturation and front width are measured as a function of the local capillary number. Interestingly, because of the radial flow geometry, our experiments allow a continuous plotting of the micromodels capillary desaturation curve on several decades. As expected but never precisely observed, all points of various experiments collapse on a single capillary desaturation curve for a given micromodel. However, we observe dissimilar behaviors between the two types of micromodels. We discuss this phenomenon in light of the pore scale geometrical differences between the two models. Nous présentons une étude de phénomènes de drainage dans des micromodèles bidimensionnels de milieu poreux s’appuyant sur des méthodes modernes de microfabrication et d’analyse. Le drainage d’huile par des solutions aqueuses est étudié à de faibles nombres capillaires (Ca) communément rencontrés lors des opérations d’extraction pétrolière. Nous utilisons deux types de micromodèles mouillables à l’huile : le premier est basé sur une méthode de déposition innovante permettant d’obtenir des monocouches de billes de verre de taille micronique, tandis que le second est microfabriqué dans du verre à partir de réseaux poreux aléatoires générés informatiquement. Chacun des modèles utilise un schéma d’injection central dans une géométrie radiale, ce qui engendre une variation continue du nombre capillaire pendant le drainage. Nous menons tout d’abord une analyse du drainage à l’échelle globale du micromodèle en couplant analyse d’image et mesures de pression et de débit. Les paramètres de base tels que perméabilité, porosité et saturation résiduelle en huile des modèles sont extraits dans cette première phase. Nous exploitons ensuite les possibilités de visualisation offertes par les micromodèles transparents pour mener une analyse locale du phénomène d’invasion. Les saturations locales et la largeur de front sont mesurées en fonction du nombre capillaire local. De façon intéressante, du fait de la géométrie radiale, nos expériences permettent de tracer continûment les courbes de désaturation capillaire sur plusieurs décades. Comme inféré, mais jamais observé précisément, les mesures de diverses expériences se regroupent sur une courbe maîtresse pour un micromodèle donné. Nous observons cependant des différences notables entre les deux types de micromodèle. Ces observations sont discutées à la lumière des différences géométriques existant entre les deux micromodèles à l’échelle du pore.

A new unsaturated soil model was recently developed at Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat (ENTPE), based on the concept of bounding surface plasticity. The first version of this model (by Morvan et al. in 2010) only required 12 parameters for its definition, and yet can simulate a few behaviors typically observed on unsaturated fine sands, which more classical models fail to reproduce. These include post-peak softening, change from contractant to dilatant behavior during shearing, and the smooth transition from elastic to elastoplastic behavior upon yielding. Subsequent to this first publication, additional mechanisms have been introduced in the model previously developed. Among them, the hysteretic phenomenon during cyclic variations of suction and water content, as well as the effects of porosity change on water retention characteristics, are now taken into consideration. To this end, the water content is introduced as an independent generalized strain variable, which is no longer uniquely linked to suction. Thanks to these developments, the model can now account for the bilateral couplings between hydraulic and mechanical quantities, with good precision under very general loading conditions. In the present paper, these new developments are presented in detail, and the experimental basis of this construction is discussed. The model is then validated using existing experimental data on kaolin, by considering two stress paths. The first stress path consists of a single cycle of wetting followed by drying at constant isotropic stress. The second, more complex loading path involves simultaneous variations of suction and isotropic compression or decompression. The results confirm overall the satisfactory performance of the model. The main conclusions are then summarized in the last section, including perspectives for future developments. Key words: bounding surface plasticity, suction hardening, critical state line, limit state line, experimental validation, hydraulic hysteresis, hydromechanical coupling. Un nouveau modele de sol non sature a ete developpe recemment a Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat (l'ENTPE), selon le concept de la surface limite de plasticite. La premiere version de ce modele (par Morvan et al. en 2010) necessitait seulement 12 parametres pour sa definition, mais pouvait tout de meme simuler quelques comportements typiques observes sur des sables non satures dont les modeles plus classiques n'arrivaient pas a reproduire. Ceux-ci incluent l'adoucissement post-pic, le changement d'un comportement contractant a un comportement dilatant durant le cisaillement, et la transition graduelle d'un comportement elastique a elasto-plastique a la limite elastique. Suite a cette premiere publication, des mecanismes additionnels ont ete introduits au modele developpe precedemment. Parmi ces mecanismes, le phenomene d' hysteresis durant les variations cycliques de la succion et de la teneur en eau, et les effets de la variation de la porosite sur les caracteristiques de retention d'eau, sont maintenant consideres. Ainsi, la teneur en eau est introduite en tant que variable independante generalisee de la deformation qui n'est plus seulement liee a la succion. Grace a ces developpements, le modele peut maintenant considerer les couplages bilateraux entre les quantites hydrauliques et mecaniques avec une bonne precision sous des conditions de chargement tres generales. Dans cet article, ces nouveaux developpements sont presentes en details, et la base experimentale de l'elaboration est discutee. Le modele est ensuite valide a l'aide de donnees experimentales sur le kaolin en considerant deux cheminements des contraintes. Le premier cheminement des contraintes consiste en un seul cycle de mouillage suivi par le sechage a une contrainte isotrope constante. Le deuxieme et plus complexe cheminement des contraintes implique des variations simultanees de la succion et de la compression ou decompression isotrope. Les resultats confirment la performance globalement satisfaisante du modele. Les principales conclusions sont ensuite resumees dans la derniere section, incluant des perspectives pour le developpement futur. Mots-cles : surface limite de plasticite, durcissement par succion, ligne de l'etat critique, ligne de l'etat limite, validation experimentale, hysteresis hydraulique, couplage hydromecanique. [Traduit par la Redaction], Introduction During the last 20 years, a certain number of theoretical models were built to simulate the behavior of unsaturated soils. The Barcelona basic model (BBM) developed by Alonso et [...]