HYDROMECHANICAL BEHAVIOUR OF RESERVOIR ROCKS UNDER STRESSES:
Relationships between permeability evolutions and scales of damage mechanisms
COMPORTEMENT HYDRO-MECANIQUE DE ROCHES RESERVOIR SOUS CONTRAINTES :
Relations entre évolution de perméabilité et échelles des mécanismes d'endommagement
Résumé
The Understanding and the prevention of damage mechanisms, which have an impact on the kinetics of production and the rate of recovery, remain an outstanding issue in reservoir engineering. The aim of this study, based on the characterization of the hydromechanical behaviour of sandstone and carbonate rocks in 'reservoir conditions', is the identification of the local mechanisms responsible for changes in permeability measured macroscopically. The experimental work was performed with an original triaxial set-up, which allows measurements of the stress-induced permeability evolutions in the principal directions of the stress tensor. A first experimental campaign, consisting in hydrostatic and uniaxial compression tests, has been performed on Fontainebleau and Bentheim sandstones. In one hand, we showed that experimental end-effects might affect significantly the ‘classical' axial permeability measurements, and in the other hand, we have determined the impact of brittle failure on directional permeabilities. Compression experiments, following different stress-paths, were also carried out on a carbonate, the Estaillades limestone. In elastic deformation regime, the reduction of permeability was modelized by pore network simulations, based on 3D reconstructions of μ-tomography RX and a simplified representation of the pore space. While brittle fracture of carbonate samples induced slight permeability evolutions, at higher effective pressure, permeability drops can reach 90% to the initial values and are associated with mechanisms of pore collapse. The post-mortem analysis of deformed samples, coupled with digital image correlation methods, using both SEM and Optical acquisition devices, provide a better understanding of the role of the heterogeneities, identified at different scales, in the strain localization and their potential impacts on permeability changes at the sample scale.
La compréhension et la prévention des mécanismes d'endommagement ayant un impact sur les cinétiques de production et les taux de récupération reste un problème ouvert en ingénierie de réservoir. L'objectif de cette étude repose sur la caractérisation du comportement hydromécanique de roches gréseuses et carbonatés en 'condition de réservoir' et l'identification des mécanismes locaux responsables des évolutions de perméabilité mesurables macroscopiquement. L'essentiel du travail expérimental s'est articulé autour d'un dispositif triaxial original, permettant de mesurer en cours de chargement les évolutions de perméabilité dans les directions principales du tenseur de contraintes. La validation de notre protocole effectuée, une première campagne d'essais en compression hydrostatique et uniaxiale sur les grès de Fontainebleau et de Bentheim permet, d'une part, une analyse plus fine du comportement intrinsèque de ces matériaux par la mise en évidence et la prise en compte d'effets expérimentaux, et d'autre part d'étudier l'impact de l'endommagement fragile sur les perméabilités directionnelles. Une seconde série d'expériences de compression, selon différents chemins de chargement, a été réalisée sur un carbonate, le calcaire d'Estaillades. En régime de déformation élastique, la modélisation de la réduction de perméabilité a été appréhendée par une approche Réseau de Pores, basée sur une représentation simplifiée de l'espace poreux et extraite des reconstructions 3D par µ-tomographie RX. Si la rupture fragile des échantillons ne perturbe que très peu la perméabilité initiale, à plus haute pression effective, les diminutions de perméabilité peuvent atteindre 90% et sont alors associées aux mécanismes de pore collapse. L'analyse des échantillons déformés, couplée aux techniques de corrélation d'images acquises in-situ sur des dispositifs de compression simple sous MEB et sous Optique, permet une meilleure prise compte du rôle des échelles d'hétérogénéités dans la localisation des déformations et de mieux définir leur impact sur les évolutions de perméabilités à l'échelle de l'échantillon.
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