Abstract :
[fr] Aujourd'hui, la production pétrolière relève d'un double défi, économique et technologique. Sur le plan technique, les forages sont de plus en plus profonds et atteignent couramment plusieurs milliers de mètres de profondeur. Par rapport aux conditions de surface, les roches sont soumises à des contraintes, des pressions et des températures bien différentes : quelques dizaines de MPa pour les contraintes et la pression interstitielle et environ une centaine de degrés pour la température. Une modélisation fiable du comportement des roches compte tenu de ces paramètres est indispensable en ingénierie de réservoir (productivité, estimation des réserves) mais aussi en géomécanique du forage (interactions roche-outils, stabilité des puits).
Les contraintes, les écoulements de fluide et les transferts de chaleur s'influencent mutuellement (couplage thermo-hydro-mécanique). Pour en rendre compte, nous avons présenté la théorie de la thermo-poro-élasto-plasticité linéaire isotrope sur base d'une approche thermodynamique. Les équations d'état utilisent sept paramètres pour décrire le comportement. En dehors du domaine élastique, ces équations doivent être complétées par un critère de plasticité et une règle d'écoulement pour préciser quand et comment évoluent les déformations et la porosité plastiques.
Pour mettre au point un modèle de comportement adapté aux roches poreuses profondes, notre démarche consiste à reproduire en laboratoire les conditions dans lesquelles ces roches se trouvent. Le Service de Génie Minier de la FPMs dispose d'une presse polyaxiale (ou véritable triaxial). Cet appareillage est capable d'appliquer des contraintes différentes dans trois directions orthogonales et nous a permis de reproduire des conditions de confinement complexes. Mais, pour intégrer les effets de la pression de pore et de la température, nous avons mis au point un système triaxial de révolution automatisé à partir d'une cellule équipée de passages pour le fluide de pore et d'une jaquette chauffante.
Les essais menés sur un grès poreux (Grès des Vosges) nous ont permis de valider le nouveau dispositif expérimental et d'étudier l'évolution des propriétés mécaniques et du mode de comportement de la roche avec les conditions de profondeur. Comme prévu, la résistance de la roche augmente avec le confinement et diminue avec la pression de pore. Cependant, alors qu'aucune variation remarquable du comportement n'a été observée en augmentant la température, un couplage important est observé en combinant la température et la pression de pore : la résistance de la roche diminue davantage à une température élevée.
Grâce aux essais menés sur les deux dispositifs, nous avons finalement étudié l'évolution des enveloppes limites avec le confinement, la pression de pore et la température. Les enveloppes limites octaédriques ont été construites à partir des données d'essais polyaxiaux et modélisées par plusieurs enveloppes théoriques. Nous avons également mis au point un estimateur pour évaluer la qualité des ajustements. Il indique la surface de charge la mieux adaptée à une enveloppe octaédrique donnée et évalue l'erreur commise sur l'état de contraintes lors du choix d'un modèle. Enfin, sous certaines hypothèses de travail, nous avons utilisé les résultats des essais triaxiaux pour étendre la construction des enveloppes aux effets de la pression de pore et de la température.
