Chenalisation de l'écoulement et du transport dans les milieux fracturés : approche discrète par réseaux de liens

Flow and transport channeling in fractured media, pipe network discrete approach

• Auteur / Autrice : Fabrice Ubertosi
• Direction : Frédérick Delay, Gilles Porel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terres solides et enveloppe superficielle
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments (géologie) -- Transport

Chenaux

Écoulement (hydrologie)

Roches -- Fracturation

Résumé

La complexité des réservoirs fracturés fait qu'aujourd'hui, aucune approche conceptuelle n’est capable de proposer un modèle à la fois simple et précis. L'approche continue simple milieu est certainement la plus facile à appréhender mais reste imprécise en raison de son incapacité à homogénéiser toute l'information locale. Les approches multi-continuums et les approches discrètes du réseau de fractures s'avèrent plus judicieuses mais supposent des efforts numériques conséquents et une paramétrisation importante souvent non conditionnable sur les données disponibles. Le travail consigné dans ce manuscrit emprunte une modalité de représentation discrète du milieu avec ajout éventuel de continuums "stagnants" pour le transport de solutés. Le modèle se veut pour autant simple mais cependant moins précis. La perte de précision est le fait d'une prise en compte uniquement des flux majeurs (chenaux). La simplification est le fait d'une homogénéisation sur un lien 1D de l'hétérogénéité locale d'un chenal d'écoulement. Un réseau 3D de liens est créé dynamiquement sur la base préliminaire d'un semis de noeuds invariants puis en prenant en compte à la fois la direction du gradient hydraulique général et la géométrie des principales familles de fractures simulées. Le modèle peut ensuite calculer les écoulements en régime permanent et transitoire ainsi que le transport de soluté avec quelques effets réactifs. Plus spécifiquement, le transport utilise une méthode Lagrangienne dans le domaine des temps qui se révèle rapide et efficace sur un réseau de liens 1D. Au final, le modèle proposé s'avère intéressant car il génère un réseau simplifié et évolutif (déformable sur des points d'appui fixes, les noeuds) en fonction des conditions d'écoulement tout en préservant le comportement moyen d'un réseau de fractures. Les capacités de déformation du réseau de liens et la relative facilité de manipulation devraient, à terme, permettre d'aborder l'inversion de scénarios de transport à la fois sur les paramètres locaux des liens et la géomètrie du réseau

The complexity of fractured reservoirs makes that for the moment there is not any conceptual approach to these media either simple and accurate. The continuous simple-medium approach is probably the easier-one to handle but remains imprecise because unable to homogenize the local information. Multicontinuum approaches and discrete approaches to the fracture network are more relevant but induce some numerical efforts as well as a huge parameterization often unaffordable in terms of conditioning on available data. The work in this manuscript is on the side of a discrete representation of the medium with the eventual addition of stagnant continuums for simulating solute transport. The model claims to be but simple and thus slightly less accurate. The loss of precision is the consequence of accounting for main water fluxes (channels) only. The simplification comes from a 1D single bond homogenized representation of the local heterogeneity within each flowing channel. A 3D network of 1D bonds can be built dynamically by accounting for both the general head gradient and the geometry of the principal families of fractures. This network of bonds rests however on an invariant bombing of nodes representing bond intersections. The model can then calculate steady-state and transient flow as well as solute transport with a few additional retention and reaction mechanisms. Incidentally, solving transport is based on a Time Domain Random Walk method (TDRW) which is worth and rapid when handled over a network of 1D bonds. Finally, the model reveals interesting since it generates an evolutionary simplified network (the network can be deformed, or more exactly redistributed, while keeping invariant seed nodes) according to flow conditions and it is able to mimic correctly the mean behavior of a fracture network. The deformation capacity of the bond network and its relative ease of handling should allow in the end to tackle with the inversion of transport scenarios by optimizing both the local parameters of the bonds and the network geometry.