A Hydro-Geomechanical View of Seal Formation and Failure in Overpressured Basins

Approche hydro-géomécanique de la formation des barrières d'étanchéité et de la fracturation dans les bassins en surpression

Heriot-Watt University

Corresponding author: gary. couples@pet. hw. ac. uk

Abstract

The formation of seals, and the consequent retention of overpressure, is a common and expected event during normal basin evolution in active basins that have a significant mudrock succession. Seal failure, and the resultant limitation to fluid-pressure increase (valve action), is also an expected process. Hydro-geomechanical concepts, including poro-elasto-visco-plasticity (PEVP), and discontinuum models, allow the processes of seal formation and failure to be explained, and predict the state of stress in, and behaviour of, overpressured rocks. Importantly, properties that relate to porosity (such as permeability) can be integrated with this approach. These concepts provide a capability to undertake simulations that can serve as predictive tools. The fluid/rock interactions in a basin can be viewed as a self-organizing system, in the sense that overpressure and the undercompaction it permits retard the creation of accommodation space, and hence act as a negative feedback mechanism that slows the loading rate.

Résumé

La formation de barrières d'étanchéité, et par conséquent le maintien de surpressions, est un phénomène physique courant auquel on peut s'attendre au cours de l'évolution normale d'un bassin actif ayant une séquence importante d'argiles. La perte d'étanchéité et la limitation de l'augmentation de pression qui en résultent (mécanisme de valve) constituent également un événement prévisible de ce phénomène. Les concepts hydro-géomécaniques, incluant la poro- élasto-visco-plasticité et les modèles discrets, permettent d'expliquer les processus de création de pièges et de perte d'étanchéité par rupture. Ces concepts rendent également prévisibles l'état de contrainte et le comportement des roches en surpression. Cette approche permet notamment d'intégrer les propriétés liées à la porosité (comme la perméabilité). Ces concepts permettent de développer des simulations qui peuvent être utilisées comme outils de prévision. Dans un bassin, les interactions entre le fluide et la roche peuvent alors être considérées comme un système autoorganisé, en considérant que la surpression et le déficit de compaction qu'elle induit retardent la création d'un espace de réarrangement mécanique et agissent donc comme un mécanisme négatif de rétroaction, qui ralentit la vitesse de chargement.