Particle Scale Reservoir Mechanics

Abstract

Résumé -Mécanique du réservoir à l'échelle des grains -Cet article résume quelques déve-loppements et applications de la modélisation par particules discrètes, basés sur le code commercial PFC (Particle Flow Code). Nous décrivons ci-après les exemples ayant un rapport avec le comportement géomécanique du réservoir : -Des résultats de simulations numériques et d'expériences sont présentés, illustrant une évolution nonlinéaire de la compaction induite par déplétion et du chemin de contrainte pour des simulations de roches de réservoir, c'est-à-dire des matériaux formés sous contrainte. Cette non-linéarité est souvent perdue dans les mesures effectuées sur carotte, et cela est dû au relâchement de contrainte intervenant après carottage (dommage de carottage). -Des superparticules anguleuses et fissurables ont été implémentées dans le modèle particulaire et utilisées pour simuler la formation de bandes de compaction à forts niveaux de contrainte. Le modèle est aussi utilisé pour étudier la formation de bandes de cisaillement à des niveaux de confinement inférieurs. -Un schéma numérique permettant un couplage fluide à été développé, aussi bien pour des modèles 2D que 3D, et appliqué à l'étude de la dépendance de la perméabilité au niveau de contrainte. -La dépendance des propriétés acoustiques par rapport au niveau de contrainte dans un assemblage de particules soudées a été étudiée. Les résultats préliminaires des simulations avec divers développements montrent un accord qualitatif mais aussi quantitatif avec les expériences. Cela démontre la faisabilité de l'application d'une modélisation par particules discrètes comme laboratoire numérique pour l'étude de la mécanique du réservoir à l'échelle des grains. Abstract -Particle Scale Reservoir Mechanics -This paper summarizes some developments and applications of discrete particle modelling based on the commercial code PFC (Particle Flow Code

Comparison between controlled laboratory experiments and discrete particle simulations of the mechanical behaviour of rock

“…The basic version of PFC has been refined [13] in order to simulate various aspects of tests performed in the rock mechanics laboratory. For example, wave velocity measurements are normally done to probe the elastic behaviour of rocks.…”

Two-dimensional discrete element modelling of bender element tests on an idealised granular material

“…A relation was observed between the changes in shear stress and the received signal. Sub-systems of particles formed within the sample that interacted to generate vortex-like particle velocity patterns as has been observed in [12]. The particle velocities and representative particle mean stresses were linked; in general when the particle velocities were directed towards the centre of the sample the stress increased, and vice-versa.…”

“…The particles close to the right boundary of the sample have a horizontal velocity component directed away from the sample centre and a vertical component that is directed upwards. In the prior DEM simulations described by [12] a planar S-wave was input using a large body of particles as a transmitter. Particle velocity measurements also clearly showed a vortex-like pattern in the motion of the particles which were positioned further along the sample.…”

“…Thornton [9] and Cui et al [10] amongst many others have illustrated the use of DEM simulations to explore how the particle-scale interactions in a granular material directly affect the macromechanical response. To date, most DEM analyses in geomechanics and granular materials in general have considered quasi-static material response, however dynamic analyses are possible and a small number of researchers including Hazzard et al [11], Li and Holt [12], Mouraille et al [13] and Marketos [14] have used DEM to simulate wave propagation in both bonded (cemented) and unbonded (cementfree) granular materials. These prior research studies did not focus in detail however on the relationship between the wave propagation properties, such as wave speed, and the micromechanical properties, such as inter-particle contact stiffness and none of these studies focussed specifically on bender element testing.…”

A numerical sandbox: high-resolution distinct element models of halfgraben formation

“…Such a hydro-mechanical coupling in particle models has already been successfully performed on a small, core-size scale, in order to study stress-dependent permeabilities of reservoir rocks (Li and Holt 2002). Combining basin-scale fluid flow with the DE modelling techniques described above would bring a new dimension to basin modelling, as it would allow one to quantitatively consider, for example, undercompaction and overpressuring during basin evolution.…”