Schémas volumes finis sur maillages généraux en milieux hétérogènes anisotropes pour les écoulements polyphasiques en milieux poreux

par Cindy Guichard

Thèse de doctorat en Mathématiques

Sous la direction de Robert Eymard.

Le président du jury était François Bouchut.

Le jury était composé de Robert Eymard, Roland Masson, Pierre Samier.

Les rapporteurs étaient Claire Chainais-Hillairet, Yves Coudière.


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l'étude de méthodes numériques pour la simulation des écoulements polyphasiques en milieu poreux, en vue de leur application à des problèmes d'ingénierie pétrolière ou environnementale. Nous présentons une formulation générique du modèle d'écoulements à nombre quelconque de composants présents dans un nombre quelconque de phases. Dans notre approche l'approximation des flux diffusifs (issus, par exemple, de la loi de Darcy) s'appuie sur de nouveaux schémas, appelés schémas gradient, qui ont plusieurs avantages sur les schémas industriels standard : ces derniers, qui sont des schémas volumes finis multi-points centrés aux mailles, ne sont généralement pas symétriques et convergent difficilement sur des cas à forts rapports d'anisotropie. Nous montrons en revanche que les schémas gradient conduisent naturellement à des approximations symétriques et convergentes. Parmi cette classe de schémas, nous étudions plus particulièrement le schéma "VAG" qui fait intervenir des inconnues au centre des mailles et aux sommets du maillage. Ce schéma conduit à la définition de flux entre le centre d'une maille et ses sommets, qui sont utilisés pour généraliser la méthode "VAG" au contexte polyphasique. Des tests numériques montrent alors que ce schéma est robuste, et conduit à un très bon compromis précision/coût, ce qui en fait un candidat idoine pour les applications industrielles. Nous présentons notamment un cas test, basé sur des observations de terrains, d'injection et de dissolution de CO2 dans la région proche d'un puits foré dans un aquifère salin. Nous montrons alors que le schéma numérique permet de simuler l'assèchement et la précipitation de minéral observée en pratique. Un chapitre de la thèse est enfin consacré à l'étude pratique et théorique d'une méthode numérique générique pour contrôler l'effet d'axe lors de l'utilisation de schémas industriels

  • Titre traduit

    Finite volume schemes on general meshes for heterogeneous anisotropic porous media multiphase flow


  • Résumé

    This thesis is focused on numerical methods dedicated to the simulation of multiphase flow in porous media, involved in petroleum or environmental engineering. We present a generic formulation of the flow model which is able to take into account any number of components within any number of phases. In our approach the approximation of the diffusive fluxes (mainly resulting from Darcy's law) is based on new schemes, called gradient schemes, which show several advantages over the standard industrial numerical schemes : these schemes, which belong to the class of the cell-centred MultiPoint Flux Approximation finite volume schemes, are not symmetric and may lead to difficulties of convergence in the case of high anisotropy ratios. We indeed show that gradient schemes are naturally providing symmetric and convergent approximations. We particularly study the Vertex Approximate Gradient scheme (called the VAG scheme), whose discrete unknowns are the values at the cell centres and at the vertices of the mesh. This scheme implies the definition of fluxes between the centre of a given cell and its vertices, used for the extension of the scheme to multiphase flow. Numerical tests show the robustness and the accuracy of the method for a low computational cost, which enables the use of the VAG scheme in an industrial framework. A test case, based on experimental data of injection and dissolution of CO2 in the near-well region within a saline aquifer, shows the aptitude of the scheme for reproducing drying and salt precipitation, which are practically observed. Finally, a chapter of the thesis is devoted to the theoretical and practical study of a general numerical method for controlling Grid Orientation Effect in industrial simulators


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