Une expérience Step Decay type conduite avec le dispositif automatisé du laboratoire TOTAL (cf. gure 2.7b) implique diérentes opérations qui se répartissent en six étapes principales :
Après la phase préliminaire de sertissage des échantillons et de raccordement des cellules Hassler® aux bancs de mesure qui leur sont respectivement associés, le test est initialisé par la saisie, dans le logiciel Labview® (par le biais duquel est piloté le dispositif), de multiples paramètres expérimentaux dont certains sont susceptibles de varier selon la carotte analysée ou le banc considéré :
longueur L, diamètre D et massem de la carotte volume du réservoir aval Vs
tandis que d'autres prennent des valeurs uniques : pas de temps d'échantillonnage 4t
nombre de pulses de pression N P, intensités Pι
e,0 (où 1≤ι≤N P) et durées tι enr des pulses successifs.
Suite aux opérations précédemment décrites, le régulateur de pressionrpprend le relai, en laissant circuler l'azote de la bouteille d'alimentation vers le réservoir tampon Vt et les réservoirs amonts Vκ
e (où 1≤κ≤4).
Une fois la pression dans les réservoirs Veκ stabilisée à la première consigne Pe,10, les vannes vκ
t en entrée des réservoirs Vκ
e sont fermées pour déconnecter le réservoir Vt
des quatre branches du dispositif, puis les vannes vκ
e en sortie des réservoirs Vκ e sont ouvertes. Cette dernière opération est parfaitement synchrone avec le déclenchement des capteurs de pressionPκ
e etPκ
s, positionnés de part et d'autre des cellules Hassler®. Peu de temps avant la n de la durée d'enregistrementt1
enr correspondant à la consigne
Pe,10, le deuxième pulse est préparé dans le réservoirVtdont la pression est incrémentée, sous contrôle du régulateurrp, de la quantitéPt−P1
e,0, la valeur dePtétant calculée de telle manière que la pression dans la totalité de la zone amont du dispositif, comprenant les réservoirs Veκ et le volume mort V M, atteigne eectivement, après détente du gaz de Vt dans cette zone spécique, la valeur souhaitée pour P2
e,0 : Pe,20 = PtVt+Pe(V 1 e +Ve2+Ve3+Ve4+V M) Vt+V1 e +V2 e +V3 e +V4 e +V M (C.1)
de ce protocole sont entièrement répétées pour chacunes des consignes P3
e,0, ..., PN P e,0 , compte tenu des durées d'enregistrement t2enr, ..., tN Penr−1.
Dès que la périodetN P
enr est terminée, les capteursPκ e etPκ
s sont stoppés, puis les quatre paires de signaux enregistrées sont sauvegardées, le traitement des données étant ac-compli postérieurement via Matlab®. Par ailleurs, les vannes de fuite vsκ sont ouvertes tandis que la consigne du régulateur rp est bloquée à 0 pour permettre la dépressuri-sation complète du dispositif par éjection du gaz vers l'extérieur.
Le dispositif Step Decay du laboratoire I2M (cf. gure 2.7a) fonctionne sur un principe similaire, à l'exception du fait que tous ses composants sont actionnés manuellement :
L'essai démarre par l'injection d'azote dans les réservoirs Vt et Ve, par l'intermédiaire du détendeur da, réglé de sorte que la pression dans les deux chambres parvienne à la valeur choisie pour la première consigne P1
e,0.
Dès que le pulse de pression est prêt, excitation du système et acquisition des données peuvent être provoquées à n'importe quel moment, en exécutant successivement les trois opérations suivantes : fermeture des vannes va et vt, activation des capteurs Pe
et Ps et ouverture de la vanne ve. Dans la mesure où les deux dernières opérations sont dicilement synchronisables à la main (en raison de la distance entre le système d'acquisition et la vanne ve), le déclenchement anticipé des enregistrements de pression garantit la capture des premières uctuations relevées dans le réservoirVe, à l'ouverture de la vanne ve.
La production des incréments suivants dans le réservoir Ve se fait depuis le réservoir
Vt, en agissant sur le détendeur da et sur les deux vannes va et vt selon la démarche expliquée dans le précédent protocole, le couple de composants {da,va} se substituant dans le cas présent au régulateur rp.
A l'issue de l'expérience, les capteurs Pe et Ps sont arrêtés et les signaux sauvegardés, puis le dispositif est dépressurisé au moyen des vannes de fuite vs et vf uite.
Pour une sélection optimale du volume du réservoir amont Ve, du volume du réservoir aval
Vs et des valeurs initiales des consignes Pι
e,0 (où 1 ≤ι ≤N P), il est indispensable d'étudier les sensibilités de la pression de sortie Ps aux propriétés kl, b et φ, en fonction des valeurs prises par ces divers paramètres. Les multiples congurations expérimentales considérées pour conduire cette étude ont toutes impliqué un unique incrément de pression d'intensité Pe,0 et diéré les unes des autres par la modication d'un paramètre parmiVe,Vs etPe,0. Un certain nombre de points, valables sous réserve que la durée du test tf soit constante, sont ressortis de la mise en confrontation des résultats des simulations numériques réalisées :
En présence de valeurs croissantes deVe, les niveaux de sensibilité àkletbsubissent une nette augmentation tandis que le niveau de sensibilité à φ subit une très légère dimi-nution. Au-delà d'une valeur de Ve susamment élevée, les trois courbes de sensibilité ne bougent quasiment plus.
En présence de valeurs croissantes de Vs, les uctuations des courbes de sensibilité couvrent une période de plus en plus longue, en raison du fait que la pression Ps
augmente de plus en plus lentement. Cependant, pour cette même tendance des valeurs de Vs, l'amplitude des variations de la courbe de sensibilité à φ diminue de manière signicative.
En présence de valeurs croissantes de Pe,0, les uctuations des courbes de sensibilité couvrent une période de plus en plus courte, en raison du fait que la pression Ps aug-mente de plus en plus vite mais gagnent en intensité.
En conséquence, il est fortement recommandé d'opérer avec :
un réservoir amont de grand volume Ve, d'autant plus que la mise en oeuvre de la méthode de pré-estimation en régime quasi-stationnaire nécessite le maintien d'une pression constante en entrée de la carotte
un réservoir aval de volume Vs qui soit le plus petit possible des pulses de pression de valeurs initiales Pι
e,0 plutôt élevées mais ajustées pour que les signaux de pression évoluent à vitesse raisonnable.
Une part du travail accompli durant cette thèse a été consacré à la recherche de procédures qui permettent de guider la réalisation d'un essai Step Decay, tout en assurant, dans les limites de la conguration expérimentale choisie et des gammes délimitées : 10−21 m2 ≤kl ≤
10−17 m2 et 1 %≤ φ ≤10 %, la mesure précise des trois propriétés kl, b et φ. Compte tenu des contraintes imposées par les résultats de la précédente étude de sensibilité ainsi que par TOTAL :
une longueur de carotte égale à 2cm,4cm ou6cm
un diamètre de carotte nécessairement égal à 4cm
des volumes de réservoir supérieurs ou égaux à5ml
une durée d'expérience qui soit adaptée aux horaires d'un technicien de laboratoire une pression dans le dispositif qui n'excède pas50−60bars
trois procédures distinctes, expliquées par les diagrammes des gures C.1a, C.1b et C.1c, ont été construites de sorte à traiter séparément chacune des longueurs de carotte : L = 2 cm,
L = 4 cm et L= 6 cm. Concernant les paramètres D, Ve et Vs, ceux-ci se conservent d'une procédure à une autre : D= 4 cm, Ve = 1l etVs= 5 ml.
En résumé, ces trois procédures reposent toutes sur la production de quatre pulses de pression successifs, chacun de ces pulses ayant des caractéristiques sélectionnées de manière à respec-ter la totalité des contraintes requises pour une estimation de qualité sur des domaines de perméabilité intrinsèque et de porosité qui lui sont spéciques. Notamment, la valeur initiale et la période d'enregistrement propres à chaque incrément sont xées de sorte à garantir, dans les limites des gammes de perméabilité et de porosité correspondantes, de bonnes sensi-bilités aux propriétés recherchées ainsi que des remontées de pression signicatives en sortie, au terme de la durée d'enregistrement. Le passage d'un pulse au pulse suivant est dicté par une condition portant sur la valeur prise par la pression de sortie une fois la durée relative au pulse en cours écoulée : si cette valeur reste inférieure à la valeur seuil prédénie, le pulse suivant est émis. Le fait que la condition ne soit pas satisfaite signie que la perméabilité du système considéré est plus faible que la borne inférieure de la gamme attribuée au pulse en cours et donc, que pour s'assurer de la précision des résultats tirés de l'interprétation, la carotte doit être excitée à un niveau de pression plus fort (en accord avec les conclusions de la précédente étude de sensibilité). Par contre, si la condition posée est vériée, le test est immédiatement stoppé. La validité de cette démarche reste à démontrer car aucune des pro-cédures n'a pu être éprouvée expérimentalement. Le laboratoire I2M s'est néanmoins basé sur celle de la gure C.1c pour accomplir ses essais présentés paragraphe 2.2.4.2, les échantillons analysés ayant des dimensions proches de celles standards : D= 4cm et L= 6cm.