[pt] Este trabalho visa simular situações que levam uma rocha a ruptura considerando o fluxo de fluidos, em uma tentativa de correlacionar os mecanismos envolvidos na ruptura ao processo conhecido como produção de areia em rochas reservatório, ou seja, a produção de sólidos durante a extração de hidrocarbonetos. Há algum tempo este assunto tem sido tratado do ponto de vista da mecânica das rochas dada a similaridade do seu comportamento com outros fenômenos estudados nesta área. Como se trata de um processo de extração de fluidos, a sua influência deve ser considerada no comportamento mecânico da rocha. Assim, simulações numéricas, representativas de situações favoráveis a este fenômeno, foram analisadas, utilizando-se, para tal, o programa comercial de elementos finitos ABAQUS, que permite a simulação do processo de acoplamento fluido mecânico. Dada a flexibilidade demonstrada pelo pacote numérico, possibilitou-se a implementação de um modelo elastoplástico e a verificação de sua eficiência na representação do comportamento da rocha reservatório neste processo. A implementação numérica baseou-se no conhecido modelo de Lade-Kim. Este modelo é apropriado à descrição do comportamento de materiais geomecânicos granulares. Trabalhos experimentais em paralelo procuram determinar os parâmetros do modelo de Lade-Kim. Estes parâmetros são usados na análise numérica. / [en] This work aims to simulate situations that take a rock the rupture considering the fluid flow, in an attempt to correlate the involved mechanisms in the rupture to the know process as sand production in rocks reservoir, that is, solid production during hydrocarbon extraction. Numerical simulations using the commercial finite element program ABAQUS, reproduce fluid-mechanical coupling, and allowing the implementation of an elastoplastic rock material behavior. More precisely, the author implemented a numerical routine based on the well-known Lade-Kim elastoplastic model, which can suitably describe the behavior of geomaterials subjected to external stress-strain fields.

Cette étude vise à améliorer la compréhension d’un phénomène observé lors de l’exploitation de réservoir de stockage de gaz naturel : la venue de sable dans le puits de forage. Cette venue de sable peut être due à des facteurs structurels ou à une fatigue du matériau suite aux cycles de pression de gaz. Ce travail se concentre sur l’aspect comportement du matériau et il est composé de plusieurs parties complémentaires. Le critère de rupture de type Drucker-Pragger est identifié en contrainte effective triaxiale sans pression de pore. Son utilisation avec pression permet ensuite d’évaluer la pression de gaz critique entrainant la rupture. Cette pression est ensuite appliquée à 80% de sa valeur pour observer si des phénomènes différés peuvent survenir. On a en effet obtenu la rupture dans plusieurs cas après avoir maintenu cette pression pendant un long laps de temps et montré que les cycles de pression endommageaient significativement le matériau. En parallèle, la perméabilité du matériau sous contrainte axiale décroît constamment, malgré sa dilatance, ce qui selon nous, confirme la venue de sable. Enfin nous avons montré que l’endommagement du matériau accroît notablement sa légère anisotropie naturelle et s’accompagne d’un impact très clair sur les couplages poro-mécaniques (coefficient de Biot). Cette partie du travail donne ainsi des outils qui pourraient être utilisés dans la description des effets structuraux induits par les variations de pression de gaz autour du forage. / This study aims to improve the understanding of the phenomenon of sand production around borehole during exploitation of natural gas storage. The source of sand may be due to structural factors or fatigue of the material because of the cyclic injection and extraction of gas pressure. This work focuses on the mechanical behaviors, transport properties and poromechanical proprieties of a sandstone. The Drucker-Pragger failure criterion is identified with triaxial effective stress without pore pressure. It can be used to evaluate the critical gas pressure causing rock failure at constant confining pressure and deviatoric stress. 80% of the critical gas pressure is then applied to observe whether different phenomenon will occur. Several cases of rupture are obtained after maintaining this gas pressure for a long time and cyclic loading-unloading of gas pressure damages the material significantly. At the meantime, the permeability of the material under axial stress decreases constantly even at volumetric dilatation stages which confirms the phenomenon of sand production. Finally, we find that mechanical damage increases its slightly natural anisotropy and it has a very significant influence on the poro-mechanical behaviors (Biot’s coefficient). This part of the work can be used to describe the structural effects induced by gas pressure variation around the borehole