Étude expérimentale des propriétés de transfert de gaz et des effets de couplage dans des roches salines

Experimental investigation of gas transfer properties and stress coupling effects of salt rocks

• Auteur / Autrice : Dongmei Zhang
• Direction : Frédéric Skoczylas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 25/01/2021
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMcube - Laboratoire de mécanique, multiphysique, multiéchelle - Laboratoire de Mécanique- Multiphysique- Multiéchelle - UMR 9013 / LaMcube
• Jury : Président / Présidente : Jianfu Shao
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Dormieux, Laura Blanco Martin, Laurent Jeannin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Ledesert, Albert Giraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz -- Absorption et adsorption

Rayons X

Matériaux -- Fatigue

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Microtomographie

Perméabilité

Roches

Mots clés libres

Roche saline

Perméabilité aux gaz

Effets de couplage

Effets du temps

Micro-Tomographie aux rayons X

Salt rock

Gas permeability

Coupling effects

Time effects

X-Ray micro-Tomography

Résumé

Dans le contexte des applications des cavernes de sel, cette étude expérimentale est consacrée à la caractérisation des propriétés de transfert sous des contraintes isotropes et/ou déviatrices, ainsi qu'à une exploration préliminaire du comportement poromécanique de la roche saline. Des tests comparatifs de perméabilité aux gaz avec l'argon et l'hydrogène montrent qu'ils ont des valeurs de perméabilité similaires. Des effets poromécaniques se produisent, mais ils sont faibles et dépendent fortement des niveaux de confinement. De plus, des tests triaxiaux ont été utilisés pour étudier la variation de la perméabilité en fonction du temps et des contraintes déviatoires, et simultanément pour obtenir des échantillons endommagés. Ces échantillons pré-dommagés ont donc été testés à nouveau sous charge hydrostatique pour étudier les effets des dommages et les possibilités d'étanchéité/guérison. Les échantillons endommagés se sont avérés avoir des effets de couplage importants dus à la fissuration. Les effets du temps sur la perméabilité ont également été détectés pour les essais hydrostatiques et triaxiaux. Entre-temps, des expériences de micro-tomographie aux rayons X ont été réalisées pour observer les changements microstructuraux internes avant et après les différents tests. Les résultats soutiennent l'hypothèse selon laquelle les couplages se produisent principalement entre les grains ou les fissures.

In the context of salt cavern applications, i.e. cavern abandonment and/or hydrogen storage, this experimental study is dedicated to the characterization of fluid transfer properties under isotropic and/or deviatoric stresses, as well as to a preliminary exploration of poromechanical behavior of salt rock. Comparative gas permeability tests with argon and hydrogen show that they have similar permeability values. Poromechanical effects occur but they are weak and strongly dependent on the confinement levels. Furthermore, triaxial tests were used to investigate permeability variation with deviatoric stress/time, and simultaneously to get damaged samples. Those pre-damaged samples were therefore tested again under hydrostatic loading to investigate damage effects and potential sealing/healing. The damaged samples were found to have significant coupling effects due to cracking. Time effects on permeability were also detected for both hydrostatic and triaxial tests. Meanwhile, X-ray micro-tomography experiments were performed to observe internal microstructural changes before and after various tests. The results support the hypothesis that the couplings mainly occur between grains or cracks.