Chapitre III Étude Expérimentale de la Cicatrisation des
III.3 Essai de confinement
III.3.4 Argilite de l’Est
Pour cet essai on a mis en place le dispositif expérimental utilisé précédemment pour l’argile du Mont Terri. L’éprouvette d’argile de l’Est est soumise aux mêmes conditions de préparation que précédemment.
La roche utilisée pour carotter cet échantillon est supposée homogène ; elle ne présente aucun défaut apparent. L’échantillon est prélevé selon un axe perpendiculaire au litage ; c’est donc la perméabilité parallèle au litage qui est mesurée.
On utilise un échantillon intact que l’on fissure par une surpression hydraulique au niveau de la cavité.
Les caractéristiques de l’échantillon sont :
Echantillon Teneur en eau % Masse volumique brute (kg/m3) Masse volumique grain sec (kg/m3) Porosité % Teneur en carbonate % Argilite de l’Est prélevée à plus
de 451 m dans la formation Callovo-oxfordienne du site de Meuse-Haute Marne
4,98 2399 2660 14,1 15,1
Tableau III.4 - Présentation des caractéristiques de l’argile de l’Est.
Léchantillon = 100 mm, φéchantillon = 50 mm, Lcavité = 40 mm, φcavité = 4 mm.
La perméabilité initiale de l’échantillon d’argile est de 2 10-20 m², selon une mesure faite
au paravent au laboratoire LMS.
III.3.4.1 Procédure de l’essai
L’essai débute en appliquant durant quelques minutes et d’une façon progressive les trois pressions (pression de confinement, pression de surface et pression de cavité). Quand on atteint les valeurs souhaitées (les pressions de cavité et de surface sont maintenues égales à 3 MPa et la pression de confinement est égale à 5MPa), on maintient constantes ces pressions durant quelques jours : c’est la phase d’humectation.
Après cette phase d’humectation, la pression de cavité est augmentée progressivement en maintenant un gradient de pression moyen d’environ 435 MPa/m (en fait, il n’est pas uniforme en raison de la forme cylindrique). Ce gradient est obtenu en divisant l’écart de pression de 1 MPa par la distance séparant les deux surfaces sur lesquelles les pressions sont appliquées – environ 23 mm ici. La pression de surface restant toujours inférieure à la pression de cavité. Durant cette phase on réalise la mesure des perméabilités.
On réalise par la suite une surpression dans la cavité centrale, ceci est obtenu en augmentant la pression de cavité par paliers.
Quand la valeur de la perméabilité dépasse d’un ordre de grandeur la valeur de la perméabilité initiale on peut supposer que l’endommagement de l’échantillon a eu lieu. Cet endommagement est créé par l’application d’une surpression dans la cavité (Pcavité >
Pconfinement), ce qui produit une composante d’extension radiale et l’augmentation de la
pression de pore au niveau des parois de la cavité (un libre passage du fluide est crée par une fracture). Il faut noter que cet endommagement a lieu quand la pression de cavité est nettement plus grande que la pression de confinement.
Une fois le matériau endommagé, la pression de cavité et la pression de surface sont maintenues constantes à une valeur de 5MPa alors que la pression de confinement est augmentée jusqu’à une valeur de 12 MPa. C’est la phase de cicatrisation qui va durer presque 150 heures.
Après cette période de cicatrisation on réalise une mesure de perméabilité. Pour cela la pression de surface est baissée à 3 MPa, la pression de cavité est mise à une valeur de 4 MPa et enfin la pression de confinement est maintenue à 5 MPa.
Les résultats trouvés sont interprétés à l’aide d’un programme de calcul du code CASTEM. Ce dernier permet de calculer :
- le champ de pression stationnaire P pour un cylindre de roche avec cavité intérieure.
- Le débit de référence associé Qcal en régime de Darcy
( ) ref cal fl K Q grad P n ds
μ
= −∫
⋅ ⋅ ⋅ flμ
: viscosité du fluide ajusté selon la salinité du liquide, la température et la pressionKref : perméabilité de référence n : normale à la surface
ds : élément de surface
Il faut donc noter que l’estimation de la perméabilité est faite à partir de la mesure du débit de la cavité.
III.3.4.2 Résultats expérimentaux et interprétation
On présente dans ce qui suit les courbes de chargements appliqués et les différentes mesures de perméabilité effectuées. On divise ces courbes en 3 phases comme suit :
Phase 1 : endommagement
Phase 2 : cicatrisation
• Phase 1 : Endommagement 1 10-19 2 10-19 3 10-19 4 10-19 5 10-19 6 10-19 7 10-19 8 10-19 0 50 100 150 200 250 300 350 Perméabilité (m²) temps (heures)
Figure III.20 - Courbes de variation de la perméabilité en fonction du temps pour un essai de confinement sur l’argile de l’Est.
Figure III.19 - Courbes de variations des pressions en fonction du temps pour un essai de confinement sur l’argile de l’Est.
0 1 2 3 4 5 6 0 50 100 150 200 250 300 350 Pression de confinement Pression de surface Pression de cavité Temps (heures)
• Phase 2 : Cicatrisation
La phase de cicatrisation dure 6 jours environ. On applique ici une
P
conf=12 MPa, P
cavité= P
surface= 5 MPa.
• Phase 3 : comportement après cicatrisation
On applique de nouveau une surpression hydraulique au niveau de la
cavité mais cette fois ci avec des rampes de pressions.
Vu la compressibilité des circuits réservoir, cavité et surface, les débits mesurés ne permettent plus de déterminer une perméabilité ; en effet une partie du débit injecté pénètre dans la roche (perméabilité) et une partie du débit sert à augmenter la pression dans le réservoir et la cavité (compressibilité). Or on ne sait pas faire le partage entre ces deux sauf si on connaît la compressibilité du réservoir.
injecté perméabilité P Q Q V t β ∂ = + ⋅ ⋅ ∂
De toute façon, l’interprétation des résultats est difficile car on n’est jamais en régime permanent d’écoulement.
Figure III.21 - Courbes de variations des pressions en fonction du temps pour un essai de confinement sur l’argile de l’Est –phase de cicatrisation – la pression de surface est pratiquement confondue avec la pression de cavité.
0 2 4 6 8 10 12 14 0 50 100 150 Pression de confinement Pression de surface Pression de cavité Temps (heures)
On peut constater d’après ces essais qu’on retrouve la valeur initiale de perméabilité qui est de 2 10-20 m2 pendant la période qui précède la rampe, entre les heures 0 et 50. On
peut donc conclure que des micro-fractures dans un échantillon peuvent être cicatrisées. Vu la compressibilité du liquide, on ne peut pas dire grand chose quand le chargement en pression monte en rampe (Figure III.22 et figure III.23). D’autres précautions doivent être prises en compte dans le calcul et l’interprétation de cette courbe. 1 10-19 2 10-19 3 10-19 4 10-19 5 10-19 6 10-19 0 50 100 150 200 Perméabilité (m²) Temps (heures)
Figure III.22 - Courbes de variations des pressions en fonction du temps pour un essai de confinement sur l’argile de l’Est.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 50 100 150 200 Pression de confinement Pression de surface Pression de cavité Temps (heures)