Migration behavior of fugitive methane in shallow aquifers: Multiphase and multicomponent numerical modeling of field-scale conceptual models
Bouznari, K., Molson, J.W. & Mumford, K.G.
2025
À retenir
Des fuites de gaz comme le méthane provenant de vieux forages pétroliers peuvent contaminer les nappes d’eau et endommager les infrastructures. Une étude dans le sud du Québec a utilisé des modèles 3D pour comprendre comment ce gaz migre dans le sol. Les résultats montrent que des couches peu perméables peuvent bloquer le gaz, qui s’accumule et se déplace latéralement, surtout si l’eau souterraine circule rapidement. Même après la réparation d’une fuite, du méthane peut rester piégé pendant des années, ce qui complique la surveillance. Les chercheurs recommandent des stratégies ciblées pour détecter ces fuites, car la migration dépend fortement des conditions géologiques et hydrauliques.
Résumé
La migration d’un gaz erratique à partir de forages pétroliers exposés à des problèmes d’intégrité comporte des risques pour la qualité des eaux souterraines et les infrastructures. Des simulations numériques tridimensionnelles multi-phases et multi-composants sont utilisées pour étudier la migration du méthane à l’échelle du gisement afin d’en évaluer les impacts sur les aquifères superficiels. Les simulations concernent un site de terrain hétérogène, dans le bassin sédimentaire des basses terres du Saint Laurent, dans le Sud du Québec, Canada. Le modèle conceptuel intègre l’écoulement des eaux souterraines, le transport du gaz libre (méthane et gaz du milieu souterrain) sous l’effet des forces capillaires et de la pression, la dissolution du méthane dans les eaux souterraines et le transport advectif-diffusif des gaz dissous. L’étude considère une source de gaz multi-composants (comprenant le méthane CH4 et l’éthane C2H6), des fuites de gaz continues et intermittentes (par poussées), différents gaz dissous du milieu et des vitesses variables d’écoulement des eaux souterraines. Les simulations montrent que les couches de faible perméabilité, même d’épaisseur limitée, provoquent une accumulation et une extension latérale du gaz importantes. Les vitesses horizontales de l’écoulement des eaux souterraines augmentent la migration latérale du gaz à l’interface avec les matériaux de faible perméabilité. La migration latérale de la phase gazeuse devient prononcée au-dessus d’une vitesse critique d’écoulement d’à peu près 60 cm/an. L’hétérogénéité structurale contrôle les cheminements potentiels de la migration et la vitesse d’écoulement influence l’extension et le débit de la migration latérale du gaz. Les résultats suggèrent que les concentrations du méthane et de faibles saturations de gaz résiduel persistent, au sein des domaines hétérogènes, des années après la remédiation de la fuite, surtout pour des vitesse faibles des eaux souterraines, soulignant le besoin d’approches ciblées de la surveillance basées sur les conditions hydrauliques. Des conditions de gradient élevé nécessitent une surveillance plus au large et plus en profondeur de manière à capter la dynamique du gaz influencée par les couches de faible perméabilité. Le gaz pulsé, caractérisé par des réponses oscillatoires de la saturation du gaz et des pressions du gaz dissous total, empêche le système d’atteindre un état stable, (tout) en renforçant la détectabilité des fuites.
mots clés:
Multiphase flow, Groundwater modeling