Homogeneous and localized compaction of porous sandstone.
Experimental and theoretical study.
Compaction homogène et compaction localisée des roches poreuses.
Etude expérimentale et théorique
Résumé
In many reservoir engineering and tectonic problems, the ability to predict both the occurrence and extent of inelastic compaction and failure hinges upon an understanding of the micromechanics of compaction in reservoir rock. Compaction of porous rock under hydrostatic compression is uniform. At a critical pressure, a large mechanical decrease of porosity is observed. Two different processes are affecting the elastic wave velocities in counteracting ways during inelastic compaction : cracking and porosity decrease. Our result shows that cracking is the dominant effect. To quantitatively interpret these result, an isotropic effective medium was used, considering the sandstone as a mixture of spheroidal pores and penny-shaped cracks. Under axisymmetric compression experiments, compaction is localized. Under low pressure, the mechanical response of the rock is characterized by brittle faulting. In contrast, at higher pressure, we observe that compaction bands develop sub-perpendicular to the main compressive stress. Three-dimensional locations of acoustic emissions (AE) were investigated to analyze the development of compaction bands.
Pour de nombreux problèmes de sismo-tectonique et d'ingénierie de réservoir, la capacité à prévoir l'ampleur de la déformation inélastique et les ruptures repose sur une compréhension de la phénoménologie et de la micromécanique de la dilatance et de la compaction dans les roches. Pour les roches poreuses, la compaction inélastique peut être diffuse ou localisée dans la roche. La compaction d'une roche sous une pression isotrope est le résultat de la destruction du réseau poreux. Pour quantifier l'évolution de l'endommagement pendant la compaction, nous utilisons un modèle de milieu effectif. Nous montrons ainsi comment le broyage des grains transforme la roche en un milieu granulaire, où, même à sec, le rapport Vp/Vs croit, ce qui n'avait jamais été observé. Lorsque la roche est soumise à champ de contrainte déviatorique, la compaction inélastique est
localisée. Sous certaines pressions moyennes effectives, la déformation inélastique se développe sous forme de bandes de compaction. Pour comprendre la formation des bandes de compaction, nous avons enregistré, puis re-localisé les émissions acoustiques au cours de plusieurs expériences.
localisée. Sous certaines pressions moyennes effectives, la déformation inélastique se développe sous forme de bandes de compaction. Pour comprendre la formation des bandes de compaction, nous avons enregistré, puis re-localisé les émissions acoustiques au cours de plusieurs expériences.