Caractérisation et modélisation numériques tridimensionnelles des réseaux de fractures naturelles PDF Download
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Author: Laëtitia Macé
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
Les fractures naturelles ont un impact considérable au sein d'un réservoir, que ce soit dans les domaines de l'ingénierie pétrolière et minière, ou de l'hydrogéologie. En effet, qu'elles soient conductrices ou barrières, elles contrôlent généralement les écoulements ainsi que les capacités de stockage des réservoirs. Ces travaux de thèse s'inscrivent au sein de la chaîne de modélisation numérique d'un réservoir naturellement fracturé, leurs objectifs étant de caractériser, puis de modéliser les fractures en trois dimensions. Les méthodologies proposées abordent successivement les premières étapes logiques de cette modélisation: 1. La caractérisation des fractures naturelles à partir de données structurales: les données tensorielles de déformation (résultant d'une modélisation génétique ou inverse) sont intégrées au sein d'une approche tridimensionnelle géomécanique et probabiliste afin de déterminer de nouveaux indicateurs structuraux de fracturation, notamment concernant son intensité et son orientation. La formulation mathématique adoptée prend également en compte les incertitudes sur les propriétés pétrophysiques des roches. 2. La modélisation numérique d'un réseau de fractures: une approche tridimensionnelle par réseau de fractures discrètes a été développée du fait de sa flexibilité et de son réalisme. Une simulation numérique stochastique offre la possibilité de modéliser tout type de réseau de fractures respectant des données de terrains et des contraintes géologiques prédéfinies (confinement aux couches, chronologie relative des fractures, etc.). 3. L'analyse de la connectivité de réseaux de fractures discrètes: une structure de type graphe reflète les relations de connectivité entre les fractures discrètes d'un réseau en trois dimensions. Différentes méthodologies d'analyse qualitative et quantitative de cette connectivité sont ensuite exposées, leur but étant d'améliorer la compréhension de l'impact de la fracturation sur les écoulements fluides
Author: Laëtitia Macé
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Pages : 152
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Les fractures naturelles ont un impact considérable au sein d'un réservoir, que ce soit dans les domaines de l'ingénierie pétrolière et minière, ou de l'hydrogéologie. En effet, qu'elles soient conductrices ou barrières, elles contrôlent généralement les écoulements ainsi que les capacités de stockage des réservoirs. Ces travaux de thèse s'inscrivent au sein de la chaîne de modélisation numérique d'un réservoir naturellement fracturé, leurs objectifs étant de caractériser, puis de modéliser les fractures en trois dimensions. Les méthodologies proposées abordent successivement les premières étapes logiques de cette modélisation: 1. La caractérisation des fractures naturelles à partir de données structurales: les données tensorielles de déformation (résultant d'une modélisation génétique ou inverse) sont intégrées au sein d'une approche tridimensionnelle géomécanique et probabiliste afin de déterminer de nouveaux indicateurs structuraux de fracturation, notamment concernant son intensité et son orientation. La formulation mathématique adoptée prend également en compte les incertitudes sur les propriétés pétrophysiques des roches. 2. La modélisation numérique d'un réseau de fractures: une approche tridimensionnelle par réseau de fractures discrètes a été développée du fait de sa flexibilité et de son réalisme. Une simulation numérique stochastique offre la possibilité de modéliser tout type de réseau de fractures respectant des données de terrains et des contraintes géologiques prédéfinies (confinement aux couches, chronologie relative des fractures, etc.). 3. L'analyse de la connectivité de réseaux de fractures discrètes: une structure de type graphe reflète les relations de connectivité entre les fractures discrètes d'un réseau en trois dimensions. Différentes méthodologies d'analyse qualitative et quantitative de cette connectivité sont ensuite exposées, leur but étant d'améliorer la compréhension de l'impact de la fracturation sur les écoulements fluides
Author: Luc Empereur-Mot
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Languages : fr
Pages : 187
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Book Description
Author: Luc Empereur-Mot
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Languages : fr
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Book Description
La connaissance du milieu fracturé tridimensionnel est basée sur l'observation directe ou indirecte d'extraits, en une ou deux dimensions. Les difficultés de visualisation en 3 dimensions et l'existence constante de nombreuses lacunes géométriques sont un handicap majeur pour la compréhension des lois de comportement complexes du milieu rocheux fracturé. Des modèles numériques dits "équivalents" répondent isolément à une problématique particulière du réseau de fractures (mécanique, hydraulique, thermique). Pourtant, un grand nombre de propriétés physiques du massif rocheux sont conditionnées par la géométrie et la topologie du système de fractures, qui reste une question d'ordre fondamental. C'est un aspect essentiel que nous traitons dans notre modèle OBSIFRAC (modèle objet pour la simulation de la fracturation). L'observation de sections naturelles justifie que l'on représente, dans un milieu soumis à la seule déformation cassante, les discontinuités par des surfaces planes, interconnectées, sans terminaisons libres, limitant des polyèdres convexes. Dés lors, le réseau de fractures peut être vu comme un assemblage de blocs. Cette hypothèse nous a permis de construire une base de données tridimensionnelles du réseau, décrivant de façon exhaustive les constituants géométriques de l'assemblage en question (fractures, blocs, faces, arêtes et noeuds). A partir d'un "germe" ponctuel, le processus de fragmentation affecte un ou plusieurs bloc(s) formé(ś) éventuellement de plusieurs polyèdres élémentaires. L'orientation et la position des plans de fractures peuvent ^etre définies de façon stochastique, statistique ou déterministe. Nous avons développé 4 moteurs de fragmentation, notés A, B, C, et D, qui diffèrent par le protocole de choix du germe d'une part, et par le choix du ou des blocs à diviser d'autre part. Nous présentons pour chaque scénario, une caractérisation descriptive, puis statistique.
Author: Daniela Blessent
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Languages : en
Pages : 362
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Book Description
Author: Baptiste Poirriez
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Languages : fr
Pages : 109
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Book Description
Les ressources souterraines fournissent une part importante de l’eau douce de notre planète. Notre travail s’inscrit dans une démarche de protection de cette ressource vitale par la modélisation et la simulation numérique. Couplée aux études de terrains, la simulation numérique est en effet un outil indispensable, du fait de l’incertitude sur le milieu géologique. Cette incertitude conduit à une approche stochastique. Nous nous sommes concentrés sur les écoulements dans les réseaux de fractures générés aléatoirement. Pour permettre la résolution de ces écoulements par une méthode d’éléments finis mixte hybride, nous avons élaboré un algorithme de maillage spécifique aux fractures. Cette technique permet de construire le système linéaire quelle que soit la géométrie du réseau généré. Nous avons ensuite effectué une étude comparative de trois solveurs linéaires : un solveur direct, un multigrille algébrique et un Gradient Conjugué Préconditionné. Cette étude nous a conduit à proposer une méthode de résolution plus efficace pour ce problème. Nous avons alors étudié une méthode de décomposition de domaine de type Schur, qui permet d’allier les avantages du solveur direct et du Gradient Conjugué Préconditionné. Cette méthode consiste à réduire le problème à un problème aux interfaces, par une définition naturelle des fractures, ou paquets de fractures, comme sous-domaines. Nous avons proposé une approche originale d’optimisation de l’algorithme et un préconditionnement global de type déflation. Notre implémentation de cette méthode est compétitive. Elle permet de résoudre tous les cas tests étudiés et elle est plus rapide, dans la majorité des cas, que les trois autres solveurs.
Author: Vincent Henrion
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Languages : fr
Pages : 160
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Les réseaux de fractures et les karsts constituent des discontinuités au sein de la roche qui affectent considérablement les écoulements de fluides, ce qui engendre des problèmes spécifiques dans divers domaines des géosciences. La problématique générale consiste à déterminer les caractéristiques géométriques et hydrauliques des réseaux de fractures ou de karsts. La caractérisation et la modélisation de ces structures se heurtent cependant à leur complexité géométrique et à leur distribution spatiale hétérogène. De plus, les observations et données directes concernant aussi bien les fractures et karsts que leur encaissant rocheux restent largement insuffisantes pour décrire avec certitudes leurs caractéristiques. Pour ces raisons, la modélisation de réseaux de fractures ou de karsts est le plus souvent réalisée dans un cadre probabiliste. Des simulations stochastiques de type objet ou pixel sont généralement mise en œuvre pour générer des modèles 3D de fractures ou karsts. Cependant les mécanismes sur lesquels repose ce type d'approche ne permet pas de reproduire toutes la complexité de ces objets naturels et fournit des modèles manquant de réalisme géologique.Dans ces travaux de thèse, nous proposons d'aborder la problématique de la modélisation des fractures et des karsts suivant une approche pseudo-génétique. Il s'agit de contraindre le processus de simulation stochastique de fractures et karsts par des règles géométriques et heuristiques qui imitent les processus physiques gouvernant leur formation. Deux méthodes poursuivant cet objectif ont été développées, l'une adressant la simulation des fractures et la seconde celle des karsts. Les modèles ainsi générés exposent des caractéristiques similaires à celles des réseaux de fractures et karsts naturels.
Author: Madjid Badsi
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Languages : fr
Pages : 271
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Book Description
DANS LE BASSIN DE L'AHNET, LA PRODUCTIVITE NE SEMBLE PAS ETRE RELIEE A DES VARIATIONS LITHOLOGIQUES DANS LES RESERVOIRS. DANS CES VASTES STRUCTURES DE L'AHNET CENTRAL, LA PRESENCE DE GAZ A ETE PROUVEE MAIS SEULS QUELQUES PUITS ONT DONNE UN DEBIT RAISONNABLE. CETTE PRODUCTIVITE ALEATOIRE EST PROBABLEMENT RELIEE A LA DISTRIBUTION SPATIALE DES FRACTURES DANS LE RESERVOIR. POUR VERIFIER PLUSIEURS HYPOTHESES, NOUS AVONS UTILISE UNE APPROCHE COMBINANT PLUSIEURS CONCEPTS POUR REPONDRE A DES PROBLEMES POSES PAR LE GEOLOGUE PRINCIPALEMENT, LE PROCESSUS DE DEFORMATION, LA PREDICTION DES ZONES FRACTUREES ET LA REPARTITION SPATIALE DE LA FRACTURATION A L'ECHELLE DU RESERVOIR. CETTE APPROCHE COMBINE PLUSIEURS METHODES INCLUANT LA MODELISATION ANALOGIQUE, LA MODELISATION NUMERIQUE AINSI QUE LA MODELISATION GEOMETRIQUE QUI UTILISE LE COMPORTEMENT FRACTAL DES FAMILLES DE FAILLES POUR EXTRAPOLER A L'ECHELLE DU RESERVOIR. LA TECHNIQUE EXPERIMENTALE DE MODELISATION ANALOGIQUE NOUS A PERMIS DE CHOISIR UN MODELE QUI RESTITUE AU MIEUX LE PROCESSUS DE DEFORMATION ET L'INITIATION DES FAILLES MAJEURES DANS LES STRUCTURES DE L'AHNET CENTRAL. LES OUTILS NUMERIQUES NOUS ONT AIDE A REPONDRE AUX QUESTIONS POSEES SUR LA FORMATION DES ANTICLINAUX ET A L'ORIGINE POSSIBLE DE LA VARIATION DE LA DISTRIBUTION DES FRACTURES NATURELLES. LES DIFFERENTS TESTS DE MODELISATION GEOMETRIQUE NOUS ONT PERMIS DE CHOISIR UN RESEAU DE FAILLES SUBSISMIQUES LE PLUS PLAUSIBLE ET DE DISTINGUER LES ZONES OU LA REPARTITION SPATIALE DE CE TYPE DE FAILLES EST LE PLUS DENSE. LES METHODES D'ANALYSE DE LA COURBURE NOUS ONT PERMIS DE DISTINGUER LES ZONES A FORTE DENSITE DE COURBURE ET LEUR REPARTITION SPATIALE SUR LA STRUCTURE. DES TESTS DE SIMULATIONS DE L'ECOULEMENT ONT ETE REALISEES APRES SIMULATION A TROIS DIMENSIONS DU RESEAU DE FRACTURES LE PLUS PROBABLE.
Author: Madjid Badsi
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans le bassin de l'ahnet, la productivite ne semble pas etre reliee a des variations lithologiques dans les reservoirs. Dans ces vastes structures de l'ahnet central, la presence de gaz a ete prouvee mais seuls quelques puits ont donne un debit raisonnable. Cette productivite aleatoire est probablement reliee a la distribution spatiale des fractures dans le reservoir. Pour verifier plusieurs hypotheses, nous avons utilise une approche combinant plusieurs concepts pour repondre a des problemes poses par le geologue principalement, le processus de deformation, la prediction des zones fracturees et la repartition spatiale de la fracturation a l'echelle du reservoir. Cette approche combine plusieurs methodes incluant la modelisation analogique, la modelisation numerique ainsi que la modelisation geometrique qui utilise le comportement fractal des familles de failles pour extrapoler a l'echelle du reservoir. La technique experimentale de modelisation analogique nous a permis de choisir un modele qui restitue au mieux le processus de deformation et l'initiation des failles majeures dans les structures de l'ahnet central. Les outils numeriques nous ont aide a repondre aux questions posees sur la formation des anticlinaux et a l'origine possible de la variation de la distribution des fractures naturelles. Les differents tests de modelisation geometrique nous ont permis de choisir un reseau de failles subsismiques le plus plausible et de distinguer les zones ou la repartition spatiale de ce type de failles est le plus dense. Les methodes d'analyse de la courbure nous ont permis de distinguer les zones a forte densite de courbure et leur repartition spatiale sur la structure. Des tests de simulations de l'ecoulement ont ete realisees apres simulation a trois dimensions du reseau de fractures le plus probable.
Author: Bertrand Paul
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La perméabilité des roches est fortement influencée par la présence de fractures car ces dernières constituent un chemin préférentiel pour l'écoulement des fluides. Ainsi la présence de fractures naturelles est un facteur déterminant pour la productivité d'un réservoir. Dans le cas de roches à faible conductivité, des techniques de stimulation telle que la fracturation hydraulique sont utilisées pour en augmenter la perméabilité et rendre le réservoir exploitable d'un point de vue économique. A l'inverse, dans le cas du stockage géologique, la présence de fractures dans la roche représente un danger dans la mesure où elle facilite le transport et la migration des espèces disséminées dans la roche. Pour le stockage de CO2, les fuites par les fractures présentes dans les couvertures du réservoir et la réactivation des failles constituent un risque majeur. Et en ce qui concerne le stockage géologique de déchets radioactifs, la circulation de fluide dans des réseaux de fractures nouvelles ou réactivées au voisinage de la zone de stockage peut aboutir à la migration de matériaux nocifs. Il est donc important de prévoir les effets de la présence de fractures dans un réservoir. Le but de cette thèse est le développement d'un outil numérique pour la simulation d'un réseau de fractures et de son évolution sous sollicitation hydro-mécanique. Grâce à sa commodité, la méthode des éléments finis étendue (XFEM) sera retenue et associée à un modèle de zone cohésive. La méthode XFEM permet en effet l'introduction de fissures dans le modèle sans nécessairement remailler en cas de propagation des fissures. L'écoulement du fluide dans la fissure et les échanges de fluide entre la fissure et le milieu poreux seront pris en compte via un couplage hydro-mécanique. Le modèle est validé avec une solution analytique asymptotique pour la propagation d'une fracture hydraulique plane dans un milieu poroélastique en 2D comme en 3D. Puis, nous étudions la propagation de fractures hydrauliques sur trajets inconnus. Les fissures sont initialement introduites comme des surfaces de fissuration potentielles étendues. Le modèle de zone cohésive sépare naturellement les domaines adhérents et ouverts. Les surfaces potentielles de fissuration sont alors actualisées de manière implicite par un post-traitement de l'état cohésif. Divers exemples de réorientation de fissures hydrauliques et de compétition entre fissures voisines sont analysés. Enfin, nous présentons l'extension du modèle aux jonctions de fractures hydrauliques.
Author: Pierre Barthèlemy (médecin).)
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Languages : fr
Pages : 291
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Book Description
LA FRACTURATION NATURELLE DES ROCHES A UNE INCIDENCE MAJEURE SUR LES PHENOMENES DE TRANSPORT DANS LES FORMATIONS GEOLOGIQUES. CEPENDANT, LES METHODES TRADITIONNELLES DE DESCRIPTION FOURNISSENT DES INFORMATIONS TRES LOCALES SUR LA NATURE ET LA DISTRIBUTION DE CES FRACTURES ET NE RENDENT PAS TOUJOURS COMPTE DE L'ALLURE GENERALE DU CHAMP FRACTURE. DE NOUVELLES METHODES D'APPROCHE DOIVENT DONC ETRE RECHERCHEES. DANS CETTE ETUDE, ON SUPPOSE QUE CERTAINES PROPRIETES GEOMETRIQUES DES RESEAUX DE FRACTURES NE PEUVENT ETRE CLAIREMENT MISES EN EVIDENCE QUE PAR UN TRAVAIL IMPLIQUANT DIFFERENTES ECHELLES D'OBSERVATION. NOUS MONTRONS QU'EN ENVISAGEANT UN CONTINUUM D'ECHELLES, DANS UNE GAMME DONNEE, ON FAIT APPARAITRE, POUR CES RESEAUX, DES PROPRIETES GEOMETRIQUES INACCESSIBLES PAR L'ETUDE DES SEULES ECHELLES EXTREMES DE CETTE GAMME. LA MISE AU POINT ET L'APPLICATION D'UNE METHODOLOGIE SIMPLE, ALLANT DE L'ACQUISITION DES DONNEES A LA QUANTIFICATION DE LA GEOMETRIE D'UN CHAMP FRACTURE, NOUS PERMET DE MONTRER LA HIERARCHIE DES RESEAUX OBSERVES DANS LE PLAN HORIZONTAL. CETTE HIERARCHIE CORRESPOND A L'IMBRICATION DE RESEAUX DE FRACTURES DE LARGEURS DIFFERENTES. LA MEME ETUDE APPLIQUEE AU PLAN VERTICAL N'EST PAS AUSSI CONVAINCANTE ET ELLE NE PERMET DONC PAS DE RESOUDRE TOTALEMENT LE PROBLEME DE LA RESTITUTION D'UNE IMAGE COMPLETE DE LA FRACTURATION EN TROIS DIMENSIONS. NEANMOINS, UNE TELLE ETUDE FOURNIT LA MATIERE POUR UNE ANALYSE CRITIQUE DE LA RELATION ENTRE LA DENSITE DE FRACTURATION ET L'EPAISSEUR DES BANCS. ON MONTRE QUE CETTE RELATION NE PEUT ETRE CLAIREMENT ETABLIE QUE SI ON SAIT DEFINIR LA LIMITE MECANIQUE DES BANCS. EN DERNIER LIEU, ON REGARDE L'INCIDENCE DE LA HIERARCHIE DES RESEAUX DE FRACTURES SUR LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE DU MILIEU FRACTURE. AINSI, ON MONTRE QUE CETTE HIERARCHIE ET L'INFLUENCE DE LA NATURE DES LIMITES DE BANCS SONT DES PARAMETRES DONT IL FAUDRA TENIR COMPTE LORS DE L'ELABORATION DE NOUVEAUX MODELES GEOMETRIQUES ET HYDRAULIQUES
