A Mechanical Modelling of the Primary Migration Modélisation mécanique de l'expulsion

Abstract

In order to address the question of oil-induced microfracturing, we propose under specific assumptions (plane circular kerogen flake surrounded by an homogeneous microfractured porous medium) an analytical method for the determination of the oil pressure increase. It is based on a mechanical modelling of the kerogen-oil-rock interaction at the microscopicscale of a kerogen particle. It is shown that the oil pressure tends towards an asymptotic value when the chemical transformation of kerogen is completed. The effect of the macroscopic stress variation during oil formation process proves to be negligible. However, this effect must be taken into account for describing the evolution of oil pressure at earlier stages of oil formation process. The increase in burial depth induces an increase of oil pressure as well as a variation of the macroscopic stress which both determine the microscopic stress field. The possibility of microfracturing depends on the position of the microscopic stress state with respect to the fracture criterion. If the duration of the oil formation process is short enough, so that the macroscopic stress change associated with the corresponding (small) burial depth increase can be neglected, it is found that microfracturing is likely for the usual values of rock tensile strength. However, in the general case, neglecting the macroscopic stress change can significantly overestimate the possibility of fracture initiation due to oil-pressure increase. Considering now the macroscopicscale of the source bed, the evolution equation of the oil pressure are derived within the framework of Biot's poroelasticity theory. The oil pressure rate proves to be the sum of a diffusion term which accounts for oil migration within the source bed, and of two source terms respectively associated with the volume expansion tendency of the kerogen - oil transformation and the overburden pressure increase. Dans le but d'étudier le problème de la microfracturation induite par la génération des hydrocarbures dans les roches mères, nous proposons une méthode analytique pour déterminer l'évolution de la pression de l'huile. Cette méthode est basée sur une modélisation mécanique des interactions kérogène-huile-roche à l'échelle microscopique. Il est montré que la pression de l'huile tend vers une valeur asymptotique quand la réaction de transformation du kérogène en huile s'achève. Les variations des contraintes macroscopiques pendant la formation de l'huile ont des effets faibles. Cependant, ils doivent être considérés pour décrire correctement l'évolution de la pression de l'huile au stade précoce de la génération. L'augmentation de l'enfouissement provoque une augmentation de la pression de l'huile ainsi qu'une augmentation des contraintes macroscopiques. Cela conditionne l'évolution du champ de contraintes microscopiques. La possibilité de microfracturation dépend de la position du champ de contraintes microscopiques par rapport au critère de rupture. Si la durée de la transformation du kérogène en huile est suffisamment courte, de sorte que l'on puisse négliger la variation du champ de contraintes macroscopiques induite par la variation de l'enfouissement, alors, on montre que pour des valeurs usuelles des paramètres mécaniques, la microfracturation est possible. Néanmoins, de façon plus générale, le fait de négliger les variations du champ de contraintes macroscopiques conduit à une surestimation des possibilités de microfracturation induite par l'augmentation de la pression de l'huile. À l'échelle macroscopique (de la roche mère), l'équation qui décrit l'évolution de la pression de l'huile est écrite dans le cadre de la théorie poroélastique de Biot. L'évolution de la pression est donnée par la somme d'un terme de diffusion qui provient de la migration de l'huile dans la roche, et de deux termes respectivement associés à l'expansion volumique de la transformation du kérogène en huile et à l'augmentation de la charge due à l'enfouissement.