Modélisation linéaire élastique inverse des contraintes du sous-sol : Etude comparative et applications

Subsurface stress inversion modeling using linear elasticity : sensitivity analysis and applications Aujourd’hui, l’un des principaux défis dans l’industrie pétrolière, et particulièrement dans le domaine de l’exploration, est l’exploitation des nouvelles ressources dans des zones structuralement complexes.Nous savons que la géométrie et le glissement le long des failles actives modifie la distribution locale des contraintes. La connaissance du champ de contrainte perturbé actuel est importante pour l’étude des tremblements de Terre, pour la planification de forages ainsi que pour la prédiction de la fracturation induite par l’hydro-fracturation et la prédiction de la réactivation des fractures. Les contraintes perturbées passées, quant à elles sont responsables du développement des fractures naturelles (préexistantes). La détection et la modélisation de celles-ci sont essentielles tant dans le domaine pétrolier (migration et piégeage des fluides) pour une exploitation efficace et à moindre coût des réserves naturelles.Comprendre et quantifier le développement spatial et temporel de ces contraintes a un impact économique non négligeable. L'analyse des paléo-contraintes a été introduite dans un premier temps par Anderson (1905 & 1942) de manière intuitive, puis dans le milieu du siècle dernier, Wallace (1951) et Bott ( 1959) proposèrent les simples postulats que le champ de contrainte est homogène et que la direction du rejet est parallèle à la traction projetée sur le plan de faille. Beaucoup de méthodes d’inversion de contraintes reposent aujourd’hui sur ce principe.Afin d’étudier la validité de l’hypothèse Wallace et Bott, une comparaison avec les vecteurs de glissement générés à partir de modèles numériques (BEM) est effectuée. En testant l’influence de multiples paramètres (géométrie, contraintes au limites du modèle, friction, coefficient de poisson, demi-espace, pression de fluide dans la faille), il est montré que les failles à géométries complexes soumises à certaines contraintes aux limites peuvent engendrer des vecteurs glissements présentant des écarts important avec les la plus grande contraintes cisaillantes résolue sur le plan de faille. A l’inverse, la présence d’une forte friction de glissement permet, dans certaines conditions, de valider l’hypothèse de Wallace et Bott. On s’attache ensuite à comparer les résultats des inversions de contraintes basées sur l’hypothèse de Wallace et Bott (appelé méthode d’inversion classique de contraintes) avec une méthode géomécanique. Pour cela, une faille à géométrie complexe est utilisée dans une étude de sensibilité (contraintes aux limites, friction, échantillonnage) permettant d’analyser l’incertitude des résultats des deux méthodes d’inversion. Cette analyse est ensuite confrontée à l’étude d’un cas de terrain, montrant les avantages et inconvénients des méthodes d’inversions classiques de contraintes.Un des principaux défis de l’industrie pétrolière est l’exploitation des ressources des zones structuralement complexes telles que les réservoirs naturellement fracturés. Connaitre l’état de contraintes hétérogène passé permet d’optimiser la modélisation de ces fractures naturelles. Etant donné que les glissements sur les failles sont difficiles à observer dans les réservoirs pétroliers, les données de d’orientation de fractures (joints, failles, stylolites) sont naturellement prises en compte lors de l’inversion des contraintes. On montre, en utilisant divers exemples de terrain et d’industrie, que dans de tels cas, l’utilisation d’inversions basée sur la mécanique est beaucoup plus appropriée. Cependant, il est parfois difficile de déterminer le type cinématique de fracture observée le long des puits, et très souvent, les zones étudiées ont subi une tectonique polyphasée. La dernière partie vise donc à résoudre le problème des données de types cinématiques non identifiables (joints, failles, stylolites…) et étend parallèlement l’inversion mécanique des contraintes à la séparation de phases tectoniques.