Thèse en cours

Modélisation hydro-mécanique multi-échelle de la récupération du gaz de charbon
FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Ahmad Mostafa
Direction : Fabrice GolfierLuc Scholtès
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Mécanique - Génie Civil
Date : Inscription en doctorat le 11/10/2019
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources

Mots clés

FR  |  
EN

Résumé

FR  |  
EN

L'objectif de cette thèse sera de développer un modèle conceptuel et numérique donnant une meilleure compréhension de la désorption du méthane et de la récupération du gaz à travers le réseau de fractures du charbon. Une partie de la difficulté est liée à la structure extrêmement complexe du charbon, qui fait intervenir plusieurs échelles caractéristiques. Le charbon est un milieu à double porosité qui est caractérisé par un réseau de fractures orthogonales, connues sous le nom de cleats (dont l'ouverture est inférieure à 0,1 mm) à travers lesquelles l'eau et le gaz percolent, entourant une matrice de charbon où le méthane est principalement piégé sous la forme d'une couche adsorbée dans les micropores où la diffusion prévaut. Les processus d'adsorption/désorption entraînent des déformations de la matrice rocheuse qui peut gonfler ou se contracter. L'efficacité de la récupération du méthane est ainsi déterminée par le couplage entre la dynamique d'écoulement diphasique, les mécanismes de sorption / désorption et les processus de déformation résultant des variations de la contrainte effective. Les progrès récents en matière d'imagerie numérique des roches ont permis de mieux comprendre la structure hiérarchique complexe des charbons dans l'espace des pores, et une meilleure compréhension mécanistique de la récupération du CBM pourrait en tirer parti. Dans cette thèse, nous aurons pour objectif de développer un modèle hydromécanique 3D à l'échelle des pores pour étudier ces couplages. Un modèle de réseau de fracture discret (DFN) sera utilisé pour décrire le flux et le transport de masse à deux phases dans les cleats. La méthode des éléments discrets (DEM), dans laquelle le matériau solide est considéré comme un ensemble de particules liées, simulera la réponse mécanique du système associée aux variations de la pression du fluide, qui aura un impact direct sur la connectivité des fractures et donc, sur la perméabilité du milieu. Le code Yade Open DEM qui a déjà été appliqué avec succès à l'étude du comportement mécanique du charbon et des couplages hydromécaniques dans les milieux partiellement saturés et saturés sera utilisé ici. Des géométries représentatives en 3D du réseau de cleats basées sur des images tomographiques d'échantillons de charbon seront utilisées pour les simulations. Le flux diffusif de méthane dans le charbon sera obtenu à partir de corrélations expérimentales ou en utilisant un upscaling mathématique rigoureux à partir de l'échelle inférieure. Son transport à travers le réseau de fractures sera modélisé. Dans une seconde étape, l'injection de CO2 sera envisagée. Les modifications spatio-temporelles de la géométrie du réseau de fractures dues aux variations de l'état de contrainte et à l'impact associé sur la perméabilité et la porosité locales seront particulièrement étudiées. Les prédictions numériques seront comparées à des expériences de laboratoire menées dans le cadre d'une thèse de doctorat menée en parallèle.