Mechanical Compaction of Porous Sandstone

Compaction mécanique des grès poreux

State University of New York

Corresponding author: wong@horizon. ess. suny. edu

Abstract

In many reservoir engineering and tectonic problems, the ability to predict both the occurrence and extent of inelastic deformation and failure hinges upon a fundamental understanding of the phenomenology and micromechanics of compaction in reservoir rock. This paper reviews recent research advances on mechanical compaction of porous sandstone, with focus on the synthesis of laboratory data, quantitative microstructural characterization of damage, and theoretical models based on elastic contact and fracture mechanics. The mechanical attributes of compaction in nominally dry and saturated samples have been studied under hydrostatic and nonhydrostatic loadings over a broad range of pressure conditions. Specific topics reviewed herein include: comparison of mechanical and acoustic emission data with continuum plasticity theory; microstructural control of onset and development of compaction; strain hardening and spatial evolution of damage during compaction; and the weakening effect of water on compactive yield and porosity change.

Résumé

Pour de nombreux problèmes de tectonique et d'ingénierie de réservoir, la capacité à prévoir à la fois la fréquence, l'ampleur de la déformation inélastique et les ruptures repose sur une compréhension fondamentale de la phénoménologie et de la micromécanique de compaction dans les roches-réservoirs. Cet article présente les résultats de recherches récentes sur la compaction mécanique des grès poreux. On insiste plus particulièrement sur la synthèse des données de laboratoire, la caractérisation microstructurale quantitative de l'endommagement, ainsi que sur les modèles théoriques basés sur un contact élastique et sur la mécanique de la rupture. Les attributs mécaniques de la compaction sur des échantillons initialement secs et saturés ont été étudiés sous des chargements hydrostatiques et non hydrostatiques dans une large gamme de pression. Les sujets spécifiques étudiés ici incluent : la comparaison des données d'émission acoustique et mécanique avec une théorie de la plasticité ; le contrôle microstructural du début et du développement de la compaction ; l'écrouissage et l'évolution spatiale de l'endommagement lors de la compaction ; enfin, l'effet affaiblissant de l'eau sur le seuil de compaction et l'évolution de la porosité.