Pore Space Connectivity and the Transport Properties of Rocks

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 71; no. 4; pp. 50 - 66
• Main Authors: Bernabé, Yves, Li, Min, Tang, Yan-Bing, Evans, Brian
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris EDP Sciences 01.07.2016; Institut Français du Pétrole (IFP); IFPEN
• Subjects: Beads; Computer simulation; Connectivity; Continuous sintering; Diagenesis; Experimental data; Fritting; Geological processes; GEOSCIENCES; Granular materials; Granular media; Model matching; Organic chemistry; Percolation; Permeability; Physics; Porosity; Reduction; Rock; Rocks; Sandstone; Sedimentary rocks; Sintering
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189; 2804-7699
• DOI: 10.2516/ogst/2015037

Pore connectivity is likely one of the most important factors affecting the permeability of reservoir rocks. Furthermore, connectivity effects are not restricted to materials approaching a percolation transition but can continuously and gradually occur in rocks undergoing geological processes such as mechanical and chemical diagenesis. In this study, we compiled sets of published measurements of porosity, permeability and formation factor, performed in samples of unconsolidated granular aggregates, in which connectivity does not change, and in two other materials, sintered glass beads and Fontainebleau sandstone, in which connectivity does change. We compared these data to the predictions of a Kozeny-Carman model of permeability, which does not account for variations in connectivity, and to those of Bernabé et al. (2010, 2011) model, which does [Bernabé Y., Li M., Maineult A. (2010) Permeability and pore connectivity: a new model based on network simulations, J. Geophys. Res. 115, B10203; Bernabé Y., Zamora M., Li M., Maineult A., Tang Y.B. (2011) Pore connectivity, permeability and electrical formation factor: a new model and comparison to experimental data, J. Geophys. Res. 116, B11204]. Both models agreed equally well with experimental data obtained in unconsolidated granular media. But, in the other materials, especially in the low porosity samples that had undergone the greatest amount of sintering or diagenesis, only Bernabé et al. model matched the experimental data satisfactorily. In comparison, predictions of the Kozeny-Carman model differed by orders of magnitude. The advantage of the Bernabé et al. model was its ability to account for a continuous, gradual reduction in pore connectivity during sintering or diagenesis. Although we can only speculate at this juncture about the mechanisms responsible for the connectivity reduction, we propose two possible mechanisms, likely to be active at different stages of sintering and diagenesis, and thus allowing the gradual evolution observed experimentally. La connectivité porale est probablement l’un des plus importants facteurs affectant la perméabilité des roches réservoir. En outre, les effets de connectivité ne sont pas limités aux seuls matériaux approchant un seuil de percolation mais peuvent avoir lieu progressivement dans des roches soumises à des processus tels que la diagénèse mécanique ou chimique. Dans cette étude, nous avons compilé plusieurs jeux, préalablement publiés, de mesures de porosité, perméabilité et facteur de formation, obtenues sur des agrégats granulaires non-consolidés, pour lesquels la connectivité ne change pas, ainsi que dans deux autres matériaux, billes de verre frittées et grès de Fontainebleau, pour lesquels elle varie. Nous avons comparé ces données aux prédictions d’un modèle de perméabilité de type Kozeny-Carman, qui ne tient pas compte des variations de connectivité, et à celles du modèle de Bernabé et al. (2010, 2011), qui les inclut [Bernabé Y., Li M., Maineult A. (2010) Permeability and pore connectivity: a new model based on network simulations, J. Geophys. Res.115, B10203; Bernabé Y., Zamora M., Li M., Maineult A., Tang Y.B. (2011) Pore connectivity, permeability and electrical formation factor: a new model and comparison to experimental data, J. Geophys. Res.116, B11204]. Les deux modèles sont apparus également en bon accord avec les données expérimentales pour les agrégats granulaires non-consolidés. En revanche, pour les deux autres matériaux, en particulier dans les échantillons les moins poreux, qui ont été le plus longtemps soumis au frittage ou à la diagénèse, les données expérimentales n’ont pu être expliquées que par le seul modèle de Bernabé et al. En comparaison, les prédictions du modèle de type Kozeny-Carman étaient erronées de plusieurs ordres de grandeur. La valeur du modèle de Bernabé et al. réside dans sa capacité à reproduire la réduction continue et progressive de la connectivité ayant lieu lors du frittage ou de la diagénèse. Bien que nous ne puissions, à ce stade, que spéculer sur les mécanismes responsables de la réduction de connectivité, nous proposons deux mécanismes possibles, susceptibles d’être actifs à des étapes différentes du frittage et de la diagénèse, et donc de permettre l’évolution continue observée expérimentalement.