Amorçage et propagation des réseaux de fractures dans le contexte du stockage de CO2 : étanchéité des couvertures

par Ekaterina Karnaeva

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Dominique Leguillon.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Le stockage du CO2 en profondeur représente une des voies de réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. La roche-couverture imperméable au-dessus du réservoir empêche la fuite du fluide vers la surface. Néanmoins, suite à l’injection, la pression du fluide dans la formation augmente, entrainant le déplacement ou la compression des fluides présents pouvant amener à la fracturation de la roche-couverture. Cela peut provoquer la pénétration dans la couche suivante ou la déviation dans l’interface entre les couches d’une fissure verticale préexistante. L’objectif de cette étude est de déterminer les conditions optimales d’injection de CO2 et de quantifier la pression maximale afin de prévenir l’initiation et la propagation d’une fissure préexistante. Cela revient à établir les conditions contrôlant le comportement d’une fissure de type dyke près de l’interface. L’analyse est basée sur la théorie de la mécanique de la rupture fragile et est menée dans le cadre du critère proposé par Leguillon couplant les conditions de la rupture en énergie et en contraintes. Ce critère d’origine a été développé en prenant en compte la compression verticale des sédiments et la pression du fluide présent dans la fracture. Grâce à ce double critère, nous pouvons étudier les effets du contraste entre les propriétés des matériaux (modules de Young, ténacités et résistances des matériaux) et des chargements (compression verticale et pression du fluide) sur le comportement d’une fissure de type dyke près du contact entre les strates. Cette approche permet d’étudier une large gamme de paramètres et de créer les cartes du comportement de la fracture

  • Titre traduit

    Fracture propagation in a multilayered caprock, associated with CO2 injection


  • Résumé

    One way to reduce the amount of greenhouse gas emission in the atmosphere is to inject CO2 in deep geological formations. The long term safety of the storage site is ensured by the impermeable multilayered caprock that covers the porous reservoir, it prevents migration of the injected CO2. However, due to the injection, the inner pressure increases and the caprock may be fractured because of displacements or compressions of inside fluids. These may promote a hydraulic intrusive fracture located at the bottom of the caprock to penetrate into the next layer or to deflect at the interface between the beds. The goal is to determine the optimal injection conditions and quantify maximal CO2 injection pressure in order to avoid the risk of fracture initiation and propagation. This study aims at establishing the conditions that control the behaviour of a dyke-type fracture near the bedding contact during CO2 injection. The analysis is based on the theory of brittle fracture mechanics and carried out in the framework of the coupled energy-stress failure criterion proposed by Leguillon. In this work the original energy-stress criterion was extended by taking into account the overburden load and the fluid pressure inside the fracture. Thanks to the coupled energy-stress criterion we have the right tool to study the effect: (i) of the contrasts between elastic properties of materials (Young’s moduli, toughness and tensile strength), (ii) of the loads (overburden load and fluid pressure), on the behaviour of a dyke-type fracture near the bedding contact. This approach allows testing a large range of parameters and drawing maps of the crack behaviour.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (129 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 109-113. 76 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 513
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