Enfouissement de déchets peu toxiques en caverne dans le sel

Enfouissement de déchets peu toxiques en caverne dans le sel

SIMULATIONS NUMERIQUES
DU COMPORTEMENT MECANIQUE
DE CUVELAGES CIMENTES
SOUMIS A DES VARIATIONS DE
PRESSION INTENSES ET RAPIDES
B. Brouard, Brouard Consulting
P. Bérest, Ecole Polytechnique, France
C. Caligaris, G. Hévin, T. Pichery, Gaz de France
A. Frangi, Politecnico di Milano, Italy
Réunion CFMR – 11 octobre 2007
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Stockage souterrain de gaz en cavité saline
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PLAN
• Introduction
• Modèle géométrique - Maillage
• Propriétés des matériaux
• Etude de sensibilité
• Exemple
• Conclusions
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Architecture du puits
packer
4
Zone proche du packer
packer
5
Modélisation de la région autour du packer
6
Conditions aux limites
7
Exemple de maillage
packer
8
Maillage - Zoom autour du packer
packer
9
Scénario le plus pessimiste – Pression du gaz
Natural gas pressure in the central tubing
natural gas
injection
no natural gas
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Scénario le plus pessimiste – Pression en tête de l’annulaire
Leak starts
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Scénario le plus pessimiste – Pression de l’annulaire au fond
fuite
lessivage
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Hypothèses pour les premiers jours après le forage
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PROPRIETES DES MATERIAUX
• Sel
E sel = 25 GPa
et
ν sel = 0, 25
⎛σ ⎞
β
Loi de fluage de Lemaitre-Menzel-Schreiner (L-M-S) : ε vp = ⎜ ⎟ t α
⎝K⎠
Jeux de paramètres minimum et maximum
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PROPRIETES DES MATERIAUX
• Ciment
Ecim = 12 GPa
Loi de Munson-Dawson (M-D)
ζ& = ( F − 1 ) ⋅ ε& s
⎧ Δ (1−ζ / ε t* )
for ζ ≤ ε t*
⎪e
⎪
F =⎨
1
for ζ = ε t*
⎪ −δ 1−ζ / ε * 2
t )
⎪⎩e (
for ζ ≥ ε t*
et
ν cim = 0, 25
ε& vp = F ⋅ ε& s
(Szary et al., 2004)
⎛ Q
où ε& s = A1 exp ⎜ −
⎝ RT
Δ = α w + β w Log10
⎞ n
⎟σ
⎠
σ
μ
2
ε t* = K 0 e-cT σ m
(e
− cT
≈ 1)
9 paramètres indépendants : A1 , Q R , n, m, α w , β w , δ , K o , c
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FLUAGE DU CIMENT
(D’après Szary et al., 2004)
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Données de Szary et al.
Calculs de calage
Jeu de paramètres de référence :
⎛ Q ⎞
−7
=
⋅
A1 exp ⎜ −
1,03
10
⎟
⎝ RT ⎠
K 0 = 1,59 ⋅10−5
α w ≈ 24, 42
jour-MPa1,95
MPa 2
β w ≈ 4,16
n = 1,95
m=2
δ = 12
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CRITERE D’ENDOMMAGEMENT DU CIMENT
PAS DE TRACTIONS
Contrainte principale la moins compressive < 0
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ÉTUDE DE SENSIBILITÉ
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Chaque paramètre peut prendre sa valeur minimale ou maximale
14 paramètres
16.384 combinaisons possibles
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EXEMPLE DE RÉSULTAT
21
EXEMPLE DE RÉSULTAT
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EXEMPLE D’ISOVALEURS
-30 MPa
-7 MPa
Contrainte principale
maximale dans le ciment
à la fin de l’éruption
[Scénario le + pessimiste]
-22 MPa
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CONCLUSIONS
9 L’architecture complète du puits a été modélisée.
9 On a considéré un comportement élasto-visco-plastique à la fois pour
le sel et pour le ciment.
9 Un scénario très pessimiste, incluant une éruption, a été pris en compte.
9 Un logiciel aux éléments finis a été développé spécialement.
9 Une étude de sensibilité comportant des milliers de calculs a été menée.
9 Une étude similaire a été réalisée pour les stockages en aquifères.
9 Aucun endommagement n’a été obtenu pour les puits de Gaz de France.
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