Caractérisation des fluides de forage : boues propres et chargées

JNGG 2002, 8 et 9 Octobre 2002, Nancy 2
L'objectif de ce travail est d'apporter une meilleure connaissance des fluides de forage à base de
bentonite. A cette fin, six produits industriels tous désignés sous la même appellation Bentonite, ont
été étudiés. L'étude d'une suspension argileuse nécessite de caractériser les différentes phases qui
constituent le mélange à savoir une phase liquide ou phase suspendante et une phase solide ou phase
dispersée, la poudre d'argile.
La phase liquide est rapidement identifiée, car il s'agit d'eau distillée. La phase solide constituée
d'une poudre essentiellement argileuse, est analysée en utilisant les outils classiques d'analyse en
minéralogie des argiles et ceux utilisés en géotechnique.
Ensuite les caractéristiques rhéologiques et de filtration des suspensions seront présentées en
fonction de la concentration et de la nature des constituants solides. Puis il a été étudié sur une
même suspension l’effet de la contamination de la boue par les débris d’excavation et les conditions
d’écoulement en canalisations.
2. Techniques de caractérisation utilisées
Elles sont rassemblées en deux catégories :
- d'une part les techniques d'identification des minéraux argileux :
l'analyse chimique de la poudre totale et de la partie infra 2µ, les analyses DRX, l'analyse thermique
(ATD-ATG), la granulométrie par sédimentation, la CEC et les bases échangeables sur la partie
infra 2µ, la surface spécifique totale, le gonflement libre
- d'autre part des techniques de caractérisation des suspensions : filtration et rhéométrie en
fonction de la concentration et la nature des constituants.
2.1. Les techniques d'identification des minéraux argileux
Les poudres brutes ou infra 2µ sont analysées chimiquement, par voie humide en spectrométrie
d’absorption atomique, après fusion au métaborate de strontium. Les éléments dosés en routine sont
les neufs éléments considérés majeurs en géochimie (Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe).
Les diffractogrammes de rayons X sont obtenus à partir d’un diffractomètre Philips 1729 utilisant le
rayonnement Kα1 du cuivre (λ=1,5406Å).
Plusieurs types d’analyses sont réalisés sur poudre totale et sur lame orientée, naturelle et saturée à
l’ éthylène glycol. Les spectres mesurés sont ensuite recalés, lissés et le bruit de fond est soustrait
pour les analyses de préparation désorientée. Ces opérations sont effectuées par le biais d’un
logiciel informatique (Diffract ).
Les analyses thermiques sont réalisées avec un appareil équipé d'une thermo-balance NETZSCH de
précision +/-0.1 mg avec un contrôle thermostatique jusqu'à +1600°C, ainsi que d'un ordinateur
pour l'acquisition et le traitement des données.
La méthode consiste à chauffer régulièrement un échantillon et à noter les températures de
déshydratation et de transformation, ainsi que les pertes de poids correspondantes.
L’analyse granulométrique par sédimentation (NF X 11-680 (1981) et NF X 11-681 (1981))
consiste à mettre des particules en suspension à faible concentration dans un liquide et à les laisser
sédimenter (Loi de Stokes). A des temps de sédimentation correspondent donc des fractions
granulométriques qui sont prélevées à l’aide de la pipette de Robinson puis dosées.
L'essai au bleu de méthylène (NF P 18-592 déc. 1990) permet de déterminer, de façon simple et
rapide, la surface active de la fraction argileuse et la quantité d’argile réactive.