Fluage, dilatance ou compressibilité des roches autour des puits verticaux et de forages pétroliers

Département de mécanique Université de Bucarest, France

Résumé

En forage pétrolier ou pour un puits de mine on se pose le problème important de déterminer si la roche autour du puits devient dilatante ou si elle devient compressible après le forage. Une loi de comportement élasto/viscoplastique capable de décrire la dilatance ou la compressibilité des roches est formulée. On donne la distribution des contraintes, des déformations et des déplacements autour du puits. Le fluage de la roche, c'est-à-dire la convergence très lente des parois du puits ainsi que la relaxation des contraintes qui accompagne le fluage, sont aussi étudiées avec ce modèle. On détermine ensuite les circonstances (c’est-à-dire l'état primaire, généralement arbitraire, la profondeur et la pression interne dans le puits) qui entraînent que la roche autour du puits devient dilatante et par conséquent absorbe le liquide existant (pétrole, eau, etc.). En partant d’un modèle mathématique on discute comment on peut influencer l'état de dilatance de la roche entourant le puits. On donne des exemples numériques pour une roche dure et pour une autre beaucoup moins dure.

Abstract

In connection with the problem of oil recovery, pressure shafts etc., it is important to determine when after drilling, the rock surrounding the well becomes dilatant and when compressible. In the paper an elastic-viscoplastic constitutive equation for rocks able to describe both compressibility and/or dilatancy of the volume of the rock is formulated. The stress, strain and displacement fields around the oil well is then determined. The creep of rock, i.e. the very slow closing in time of the well and the stress relaxation during creep, are also studied with this model. It is then shown when, i.e. for what primary stresses (generally arbitrary), depth and pressure inside the well, the rock around the well becomes dilatant and therefore will absorb the existing fluids (oil, water, etc.). Starting from the mathematical model given it is then discussed how the rock dilatancy phenomenon around the oil well can possibly be avoided. Numerical examples are given for a hard rock and for a softer one.