Pour atteindre les doubles objectifs du développement efficace du gaz de schiste et du stockage géologique du CO₂, la technologie de déplacement par CO₂ supercritique (Sc-CO₂) présente de bonnes perspectives d’application. Cependant, la compréhension systématique des mécanismes microscopiques du déplacement du CH₄ par Sc-CO₂ dans le milieu poreux du schiste fait encore défaut, en particulier la compréhension des mécanismes de transfert de masse au niveau de l’échelle des pores. Basé sur la structure nanoporique de la matrice du schiste, un modèle bidimensionnel à l’échelle des pores a été construit pour étudier systématiquement les processus microscopiques du déplacement du gaz de schiste par Sc-CO₂ (à 40 ℃ et 8 MPa) sous l’effet de la convection, diffusion, et adsorption ainsi que leurs facteurs influents. Les résultats montrent : ① Dans l’espace poreux, Sc-CO₂ forme par convection-diffusion un front de concentration propulsif permettant un déplacement efficace du CH₄ libre. Dans la matrice, Sc-CO₂ remplace progressivement le CH₄ adsorbé grâce à une forte affinité d’adsorption, l’adsorption suit trois phases « nulle — croissance — saturation », tandis que l’adsorption de CH₄ suit le processus complémentaire « maintien de saturation — désorption — retour à zéro ». ② Avec l’augmentation du coefficient de diffusion (D_s), l’adsorption de Sc-CO₂ dans la matrice augmente, mais les effets convection-diffusion dans les pores s’affaiblissent, entraînant une baisse de la concentration de Sc-CO₂ et une augmentation de la concentration de CH₄ dans les pores. ③ Avec l’augmentation de la sélectivité de transport (sel), l’adsorption de Sc-CO₂ dans la matrice est renforcée, mais la convection-diffusion dans les pores est inhibée, conduisant à une baisse de la concentration de Sc-CO₂, à un allongement du temps d’équilibre, tandis que le comportement de transport du CH₄ est peu affecté par sel. ④ L’augmentation de la constante de désorption (k_d) favorise significativement la désorption du CH₄, la concentration totale de CH₄ dans les pores augmente ; Sc-CO₂ en raison de sa forte adsorption est peu sensible aux changements de k_d, l’adsorption et la concentration de Sc-CO₂ restant stables.

convection-diffusion-adsorption;transfert de masse;modélisation à l’échelle des pores;échelle nanométrique;dioxyde de carbone supercritique (Sc-CO₂);amélioration du taux de récupération;gaz de schiste