Impact des structures géologiques sur les échanges entre fractures et matrice dans les milieux poreux fracturés PDF Download
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Author: Delphine Roubinet
Publisher:
ISBN: 9782914375740
Category :
Languages : en
Pages : 166
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Book Description
Fractured porous media are characterized by the presence of fractures at several scales with heterogeneous properties implying areas highly permeable by comparison with the rock. Hydraulically, these media are characterized by short reaction times, due to the fractures, and long reaction times, due to the rock. These media are important for several topics as contaminated sites, element storage and resources exploitation. The main challenge of fracture porous media modeling is the representation of the geometrical and physical heterogeneities. As an exact representation of the medium is not possible, it is necessary to determine the key properties of the medium. This study aims at determining the impact of the geometrical and physical properties of the fractures and the matrix from the local to the global scales. A first part consists in creating methods to evaluate structure effects on the exchange between the fractures and the matrix and a second part consists in using these methods on several media. Finally, we describe a new discrete dual-porosity model taking into account the properties of the media characterizing its behavior.
Author: Delphine Roubinet
Publisher:
ISBN: 9782914375740
Category :
Languages : en
Pages : 166
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Book Description
Fractured porous media are characterized by the presence of fractures at several scales with heterogeneous properties implying areas highly permeable by comparison with the rock. Hydraulically, these media are characterized by short reaction times, due to the fractures, and long reaction times, due to the rock. These media are important for several topics as contaminated sites, element storage and resources exploitation. The main challenge of fracture porous media modeling is the representation of the geometrical and physical heterogeneities. As an exact representation of the medium is not possible, it is necessary to determine the key properties of the medium. This study aims at determining the impact of the geometrical and physical properties of the fractures and the matrix from the local to the global scales. A first part consists in creating methods to evaluate structure effects on the exchange between the fractures and the matrix and a second part consists in using these methods on several media. Finally, we describe a new discrete dual-porosity model taking into account the properties of the media characterizing its behavior.
Author: Delphine Roubinet
Publisher: Editions Universitaires Europeennes
ISBN: 9783841782182
Category :
Languages : de
Pages : 160
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Book Description
Les milieux poreux fractures se caracterisent par la presence de fractures creant des zones fortement permeables a comparer de la roche environnante. La coexistence de structures fortement et faiblement permeables implique des temps de reponses respectivement courts et longs lors de la sollicitation du milieu. De nombreux enjeux societaux sont concernes par ces milieux au comportement complexe, tels que l'etude de sites contamines, le stockage d'elements et l'exploitation de ressources. Le principal defi de la modelisation des flux et des solutes dans les milieux poreux fractures reside en la representation des heterogeneites geometriques et physiques caracterisant ces milieux. Une representation exacte du milieu naturel etant impossible, il s'agit de determiner quelles sont les proprietes caracteristiques de ces milieux, c'est-a-dire les proprietes principales "responsables" de leur comportement. Mes travaux de these ont consiste a etudier l'impact des proprietes geometriques et physiques des fractures et de la matrice, de l'echelle locale de la fracture (et du bloc matriciel) a l'echelle globale du reseau de fractures.
Author: Clarisse Alboin
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Les fractures, qui sont des chenaux de circulation privilégiés, modifient grandement l'écoulement et le transport de polluants dans un milieu. Nous nous intéressons aux fractures colmatées que nous assimilons a des milieux poreux ayant une grande perméabilité. Leur présence génère de fortes hétérogénéités. Notre motivation a été d'étudier des techniques permettant de modéliser les transferts de fluide et de contaminants entre la roche et les fractures. Dans cette thèse, nous proposons deux méthodes numériques adaptées à deux échelles de fracturation. La présence d'un réseau de petites fractures est prise en compte par une modèle double porosité. Ce modèle est obtenu via une homogénéisation du milieu fracture, il est compose des équations standard d'écoulement et de transport dans un milieu poreux auxquelles on a ajoute un terme de couplage qui gère les échanges entre la roche et les fractures. Ce terme de couplage est calcule via la résolution de problèmes auxiliaires qui sont des problèmes de diffusion définis en chaque point de l'espace. Vu le grand nombre de ces problèmes, il est déterminant de les résoudre efficacement. Nous avons montre qu'une résolution analytique est préférable a une discrétisation classique. Pour traiter les fractures plus importantes, nous avons développe une méthode de décomposition de domaine. L'ouverture des fractures étant faible devant les dimensions du site de stockage, nous avons assimile les fractures a des interfaces a travers lesquelles la pression et la concentration sont continues et les flux sont discontinus, contrairement a une décomposition de domaine classique, il s'agit, ici, d'une condition de transmission non locale. La différence des flux provenant des sous-domaines intervient comme un terme source dans les fractures. Les modèles d'écoulement et de transport dans les sous-domaines et dans les fractures ont été obtenus via une analyse asymptotique.
Author: Van-Linh Nguyen
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L'effet de serre lié à l'émission de CO2 a conduit à des projets de stockage de ce gaz dans des formations réservoirs. Ces formations peuvent être traversées de failles et l'examen de la sûreté du stockage nécessite alors l'étude du risque de réactivation et de propagation de ces failles. Cette étude passe par des investigations approfondies portant sur des conditions de propagation des fractures sous sollicitations hydromécaniques. Cette thèse a pour objectif l'étude théorique et numérique de ces conditions ainsi que la simulation numérique de la propagation. La modélisation numérique des processus thermo-hydro-mécaniques dans les milieux poreux fracturés par la méthode des éléments finis (MEF) permet de simuler des phénomènes complexes et non linéaires. Les difficultés liées à l'intégration des équations d'échanges de fluide entre la fracture et la matrice environnante avec la MEF ont été résolues dans des travaux récents et nos simulations numériques ont pu être basées sur cette méthode. Dans un premier temps, nous avons modélisé l'écoulement transitoire dans et au voisinage d'une fracture soumise à une injection de fluide et nous avons étudié le facteur d'intensité des contraintes (FIC) à l'extrémité de la fracture dans le cadre de la théorie de la poroélasticité linéaire. Si les conditions d'injection sont maintenues constantes et la fracture n'évolue pas, l'écoulement tend vers un état stationnaire. Le FIC évolue au cours de la phase transitoire pour atteindre une valeur limite dans l'état stationnaire. La modélisation de l'écoulement transitoire est très coûteuse en temps de calcul et il est intéressant de trouver un moyen d'exploiter au mieux les résultats d'un calcul en état stationnaire. L'analyse théorique et les résultats des simulations numériques montrent en effet que le FIC calculé à l'état stationnaire peut fournir certaines bornes pour la propagation des fractures sous l'écoulement transitoire. Dans le cadre de la poroélasticité linéaire et de l'écoulement de Poiseuille dans les fractures, des expressions semi-analytiques pour le FIC à l'état d'écoulement stationnaire ont pu être dérivées. Pour des géométries simples, ces formules approximatives se révèlent efficaces pour discuter des conditions de propagation des fractures pour des cas typiques et simples de géométrie de la fracture et des conditions d'injection de fluide. Dans un deuxième temps, un Modèle de Fracture Cohésive (MFC) a été utilisé pour modéliser la propagation de fracture sur la base de l'endommagent. Ce modèle, basé sur un critère de rupture de Mohr-Coulomb modifié, permet de simuler l'endommagement de l'interface à la fois sous sollicitations en mode I et II. Une relation d'équivalence entre les paramètres de ce modèle et du modèle de Mécanique Linéaire de la Rupture (MLR) a été établie sur la base de la longueur de propagation de fracture sous des charges similaires. Cette relation permet l'extension de l'équivalence théorique entre MLR et MFC établie pour les matériaux fragiles et sur la base de critères énergétiques, à des matériaux quasi-fragiles et ductiles. On a d'ailleurs montré que le MFC permet de simuler certains phénomènes spécifiques tels qu'instabilités de propagation en mode I et II et le branchement de la fracture en mode II. Enfin, la prise en compte de la pression de fluide dans la fracture a permis d'obtenir un modèle de MFC couplé avec l'hydraulique qui a été implémenté dans un code numérique aux éléments finis en vue d'étudier la propagation des fractures sous sollicitations hydromécaniques. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'étudier le risque de réactivation et de propagation des failles dans le contexte de stockage du CO2 en particulier dans une configuration de formation réservoir du type Bassin de Paris.
Author: Ken McCaffrey
Publisher: Geological Society of London
ISBN: 9781862390348
Category : Science
Languages : en
Pages : 340
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Book Description
Hydrothermal mineralization is usually structurally controlled so it is important to understand the role of faulting and fracturing in enhancing rock permeability and facilitating fluid flow and mass transfer. This is the main theme of this interdisciplinary volume and the papers included are intended to provide an overview of current ideas at the interfaces of structural geology, fluid flow and mineralization research.
Author: Maxime Faivre
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Nous présentons dans ce mémoire l'influence que peuvent avoir les écoulements de fluide au sein de la matrice rocheuse fracturée, laquelle est sujette aux variations locales ou régionales de l'état de contrainte in situ. Du fait de l'augmentation de la pression de pore, la longueur et l'ouverture de la (les) fracture(s) peuvent subir des variations significatives et conduire à la formation de chemins préférentiels pour l'écoulement du fluide dans le milieu géologique. Les modèles théorique et numérique évoqués ici sont des modèles de comportement hydro-mécanique pour le milieu poreux saturé en présence d'une seule phase fluide. La méthode des éléments finis étendue (XFEM) est utilisée afin de modéliser la dynamique des fractures ainsi que les écoulements de fluide dans la matrice rocheuse fracturée, sans être tributaire de la dépendance au maillage. Ainsi, nous considérons: (i) qu'il existe une pression fluide induite par l'écoulement au sein de la fracture, (ii) que la dynamique de la fracture est gérée grâce à un modèle de zone cohésive en supposant un chemin de propagation prédéfini, et (iii) que des échanges entre la fracture et la matrice poreuse peuvent se produire. Ce dernier aspect sera pris en compte en introduisant, dans la formulation du problème couplé, un champ de multiplicateur de Lagrange. Ce champ résulte de la dualisation de la condition d'égalité entre la pression de pore et de la pression de fluide au niveau des parois de la fracture. Afin de respecter les contraintes liées à XFEM, nous avons choisi d'introduire dans la formulation une loi cohésive non-régularisée de type Talon-Curnier. Ce type de loi est capable de gérer la propagation et/ou la refermeture de la fracture. Le modèle HM-XFEM a été validé à partir des solutions analytiques du modèle 2D de fracture KGD, et ce, pour différents régimes de propagation. Nous avons ensuite appliqué le modèle HM-XFEM au cas d'un réseau de fractures non connectées entre elles et évoluant sur des chemins de propagation prédéfinis, afin d'analyser comment les fractures d'un réseau peuvent influer les unes sur les autres lorsqu'elles sont soumises à un écoulement. En particulier, une étude paramétrique a été menée afin de montrer l'influence que peuvent avoir la viscosité, le débit d'injection et l'écartement entre les fractures sur leur propagation. Une attention particulière sera porté à l'évolution du stress-shadowing effect (i.e. modification de l'état de contrainte due à l'effet d'interaction entre les fractures).
Author: Jérémie Bruyelle
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 174
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Book Description
La caractérisation des réservoirs fracturés repose sur : (i) la conception de modèles géologiques intégrant les propriétés déterministes et / ou stochastiques de fracturation ; (ii) la validation des modèles via le calage de modèles d'écoulement avec les données dynamiques mesurées sur le champ, e.g. tests de puits. L'approche adoptée à l'IFP afin d'effectuer cette caractérisation se base sur des réalisations de réseaux de fractures discrètes (RFD), à partir des modèles géologiques, sur lesquels l'écoulement peut être simulé. Cette approche permet une interprétation directe du comportement hydraulique du réservoir à partir de sa géologie. La calibration des données simulées avec celles mesurées permet de caractériser les propriétés des familles de fractures associées au RFD. Cette thèse propose de faciliter la phase de calibration en développant une méthodologie et des outils d'inversion adaptés. Ce « simulateur inverse » fournit automatiquement des estimations des paramètres de densité, longueur, conductivité et ouverture des différentes familles de fractures à partir des données de tests de puits.
Author: Pierre M. Adler
Publisher: OUP Oxford
ISBN: 0191644595
Category : Science
Languages : en
Pages : 184
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Book Description
This book provides a systematic treatment of the geometrical and transport properties of fractures, fracture networks, and fractured porous media. It is divided into two major parts. The first part deals with geometry of individual fractures and of fracture networks. The use of the dimensionless density rationalizes the results for the percolation threshold of the networks. It presents the crucial advantage of grouping the numerical data for various fracture shapes. The second part deals mainly with permeability under steady conditions of fractures, fracture networks, and fractured porous media. Again the results for various types of networks can be rationalized by means of the dimensionless density. A chapter is dedicated to two phase flow in fractured porous media.
Author: Marjorie Bart
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
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Book Description
DE NOMBREUSES APPLICATIONS EN GENIE CIVIL SONT MISES EN UVRE DANS DES MASSIFS ROCHEUX, NOTRE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE LEUR COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE. CES MASSIFS PEUVENT PRESENTER DES DEFAUTS DE DIFFERENTES TAILLES. ILS PEUVENT CONTENIR D'UNE PART DES FRACTURES NATURELLES DE PLUSIEURS METRES OU PLUS ET D'AUTRE PART, DES MICROFISSURES INDUITES PAR LA PERTURBATION DU CHAMP DE CONTRAINTES DUE A LA CONSTRUCTION DE L'OUVRAGE. AINSI, LA DESCRIPTION DE LEUR COMPORTEMENT PASSE PAR UNE DESCRIPTION PRECISE DU COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ROCHEUSE ET DE CELUI DE LA MATRICE ROCHEUSE MICROFISSUREE. LA THEORIE GENERALE DE POROELASTICITE DE BIOT EST ALORS GENERALISEE ET DEUX MODELES, L'UN CARACTERISANT LE COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ET L'AUTRE DECRIVANT LE COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE, SONT ICI PRESENTES. EN EFFET, SI LA DESCRIPTION MECANIQUE D'UNE FRACTURE ROCHEUSE SEMBLE MAITRISEE, LA MODELISATION HYDROMECANIQUE RESTE A COMPLETER. UN MODELE POROMECANIQUE EST ALORS PROPOSE EN CONSIDERANT LA FRACTURE COMME UN ENSEMBLE DE VIDES ENTRE DEUX SURFACES RUGUEUSES, LA PERFORMANCE DU MODELE EST DISCUTEE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES. LE MODELE EST IMPLANTE DANS UN CODE DE CALCULS PAR ELEMENTS FINIS : UN ELEMENT JOINT SPECIFIQUE EST UTILISE POUR DECRIRE LES ECHANGES ENTRE LA MATRICE ROCHEUSE ET LA FRACTURE, QUELQUES EXEMPLES NUMERIQUES SONT PRESENTES. POUR LA MATRICE ROCHEUSE, LA PLUPART DES MODELES CONCERNENT LES MATERIAUX FRAGILES SECS, PEU DE TRAVAUX SONT CONSACRES A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE SATUREE MICROFISSUREE. UN MODELE POROELASTIQUE D'ENDOMMAGEMENT EST ALORS PROPOSE. L'ACCENT EST MIS SUR LA DESCRIPTION DES CONSEQUENCES PRINCIPALES DE L'ENDOMMAGEMENT SUR LES PROPRIETES POROELASTIQUES DU MATERIAU POREUX FRAGILE. CE MODELE EST TESTE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES.
Author: Bertrand Paul
Publisher:
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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.
