Biot's theory when applied to homogeneous media (involving the macroscopic flow mechanism) cannot explain the high level of attenuation observed in natural porous media over the seismic frequency range. However, several successful mesocopic inhomogeneity models have been developed to account for P wave attenuation. In this thesis I further develop the approaches to tackle S wave velocity and attenuation, to simulate transient wave propagation in poroelastic media, and to construct new models for determining the effective parameters of porous media containing mesoscopic inhomogeneities. As an important application of the double-porosity dual-permeability (DPDP) model, I have reformulated the effective Biot model using the total-field variables. This gives rise to new and more general governing equations than the previous approach based on the host phase field variables (which become a special case of the more general treatment). The analytical transient solution and dispersion characteristics for the double-porosity model and also for a poro-viscoacoustic model are derived over the entire frequency range for a homogeneous medium. The comparison between the results of the two models shows that dissipation by local mesoscopic flow of the double porosity model is very hard to fit by a single Zener element over a broad band. I chose the relaxation function to approximate the dispersion behaviour of the double porosity model just around the source centre frequency. It is shown that for most water-filled sandstones having a double porosity structure, wave propagation can be well described by the poro-viscoaoustic model with a single Zener element in the seismic frequency range. The transient solution for heterogeneous double porosity media is obtained by a numerical pseudospectral time splitting technique. This method is extended to 2.5-D poro-viscoelastic media to capture both P and S wave behaviour. I also demonstrate that if the frequency is below several Hz, then a single Kelvin-Voigt element gives an even better result than a single Zener element. I propose a two-phase permeability spherical inclusion model and obtain the dispersion curves of phase velocity and dissipation factor for the composite. I then determine the effective dynamic permeability of porous media with mesoscopic heterogeneities over the whole frequency range. This result is used to check the validity of other measures of effective dynamic permeability, deduced from the effective hydraulic permeability by replacing the permeability of the components with their dynamic values as determined from the Johnson, Koplik and Dashen (JKD) model. I also investigate the scattering of plane transverse waves by a spherical porous inclusion embedded in an infinite poroelastic medium. The vector displacement wave equations of Biot’s theory are solved as an infinite series of vector spherical harmonics for the case of a plane S-wave incidence. Then, the non-self-consistent theory is used to derive the dispersion characteristics of shear wave velocity and attenuation for a porous rock having mesoscopic spherical inclusions which are designed to represent either the patchy saturation model or the double porosity model with dilute concentrations of identical inclusions. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1457632 / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Chemistry and Physics, 2009

Le travail de thèse a porté essentiellement sur l'effet des conditions de prise en pression et en température dans une gamme (20-60°C/Patm-200 bar) d'un ciment pétrolier (Portland « classe G ») au très jeune âge (jusqu'à un jour) en condition saturée sur (i) la cinétique d'hydratation, (ii) les propriétés hydriques (perméabilité et porosité) et (iii) le développement des propriétés élastiques dynamiques obtenues par propagation d'ultrasons et quasi-statiques. Les propriétés quasi-statiques instantanées et différées ont été obtenues à partir d'essais mécaniques réalisés en compression simple à différents temps/degré d'hydratation.La partie I a permis de montrer que la pression appliquée pendant la prise a un effet négligeable sur la cinétique d'hydratation contrairement à l'effet accélérateur de la température de prise. Un modèle de cinétique d'hydratation tenant compte de l'effet accélérateur de la température a été mis en place afin de déterminer l'évolution des fractions volumiques des différentes phases en présence dans la pâte de ciment au cours de son hydratation. L'évolution de la phase (porosité capillaire + eau) obtenue par le modèle d'évolution des fractions volumiques est en bonne concordance avec l'évolution de la porosité connectée mesuré par porosimétrie dans la deuxième partie de travail de thèse. En partie II, concernant la caractérisation de la perméabilité, les valeurs obtenues ainsi que l'évolution des propriétés élastiques quasi-statiques obtenue expérimentalement ont permis de déterminer le temps de drainage pour chacune des conditions d'hydratation étudiées. Cette information permet de déterminer la nature drainée ou non drainée des essais mécaniques quasi statiques réalisés. En partie III, les essais mécaniques ont permis d'identifier un comportement granulaire faiblement cohésif au niveau du sommet du pic exothermique, puis un comportement solide cohésif avec progression des propriétés mécaniques au cours de l'hydratation à partir de la décroissance du flux thermique. Enfin, deux modèles par homogénéisation multi-échelles ont été proposés, la différence portant sur la schématisation de la pâte de ciment au très jeune âge. Les résultats ont été confrontés avec succès aux propriétés élastiques dynamiques et quasi-statiques drainées et non drainées obtenues expérimentalement / The thesis primarily concerned the effect of the set conditions in pressure and in temperature in a range (20-60°C/Patm-200 bar) of an oilwell cement (Portland cement class G) at very early age(up to one day) in saturated condition on (I) the hydration kinetics, (II) the hydrous properties (permeability and porosity) and (III) the development of the dynamic elastic properties obtained by ultrasonic propagation and quasi-static properties. The "instantaneous" and differed quasi-static properties were obtained by mechanical tests carried out in uniaxial compression with various times/degree of hydration

Parmi la multitude des données pétrophysiques utilisées pour décrire une formationgéologique, certaines permettent spécifiquement d'en prédire la capacité de production,à savoir : la porosité, la perméabilité intrinsèque et le coefficient de Klinkenberg.Dans le cas particulier des gas shales, ces trois propriétés essentielles sont extrêmementdifficiles à mesurer précisément, compte tenu de la complexité de cesroches. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de travaux menés au laboratoire I2M départementTREFLE, sur l'analyse et l'amélioration de la méthode Pulse Decay, quiconstitue la méthode de mesure transitoire classiquement utilisée dans l'industriepétrolière pour identifier une ou plusieurs des propriétés d'intérêt. Les multiplespoints faibles de la méthode Pulse Decay sont ici présentés, de même que les pointsforts de la nouvelle méthode issue du perfectionnement de la méthode Pulse Decay,à savoir la méthode Step Decay, développée au laboratoire I2M et brevetée en partenariatavec TOTAL. Plus précisément, les performances de la méthode Step Decaysont ici étudiée aussi bien numériquement qu'expérimentalement, en condition homogène,comme en condition hétérogène. Ce manuscrit fournit également les résultatsd'une analyse portant sur la méthode Pulse Decay sur broyat, qui forme une alternativepossible à la méthode Pulse Decay sur carotte mais dont la fiabilité est fortementremise en question. / Among the multitude of petrophysical data used to describe a geological formation,some of them allow specifically to predict the production capacity, namely: the porosity,the intrinsic permeability and the Klinkenberg coefficient. In the particular case ofgas shales, these three essential properties are extremely difficult to measure precisely,because of the complexicity of these rocks. This thesis is the continuity ofworks led in I2M laboratory-TREFLE department, on the analysis and the improvementof the Pulse Decay method, which is the classical transient method of measurementused in the oil&gas industry to identify one or several of the properties ofinterest. The numerous weaknesses of the Pulse Decay method are here presented,as the strengths of the new method derived from the improvement of the Pulse Decaymethod, namely the Step Decay method, developed in I2M laboratory and patentedin partnership with TOTAL. More exactly, the performances of the Step Decaymethod are here studied numerically as well as experimentally, in homogeneouscondition, as in heterogeneous condition. This manuscript provides also the results ofan analysis dealing with the Pulse Decay method on cuttings, which forms a possiblealternative to the Pulse Decay method on plug but which reliability is highly questioned.