Caractérisation des fluides de forage : boues propres et chargées
Caractérisation des fluides de forage : boues propres et chargées Caractérisation des fluides de forage : boues propres et chargées
JNGG 2002, 8 et 9 Octobre 2002, Nancy 4 d'autres minéraux mis en évidence en quantité faible (tableau 1), essentiellement dans la fraction grossière, mais encore présents dans la fraction infra 2 µm largement majoritaire ( 64 à 95 %). Leur rôle dans les suspensions n'est certainement pas à négliger, toutefois il est difficile à évaluer, car des essais chimiques spécifiques aux suspensions n'ont pas été menés. Ces minéraux annexes sont soit inhérents aux gisements, soit apportés par les traitements d'activation. Le fractionnement granulométrique, qui s'effectue par lavage et centrifugation, a pour effet de réduire la teneur en Na 2 O, d'augmenter la teneur en SiO 2 et Al 2 O 3 . Les autres teneurs en oxydes sont peu modifiées (tableau 2). Tableau 1 : Minéraux non argileux Poudres totales REF 1 REF 6 REF 5 REF 4 REF 3 Minéraux secondaires Quartz, calcite, cristobalite, anatase, goethite, albite Quartz, cristobalite, gypse, albite Quartz, muscovite, calcite, albite Micas, quartz, felspaths potasssiques et plagioclases, gypse Mica, glauconite Tableau 2 : analyses chimiques des poudres totales et infra 2µm Analyses chimiques poudre totale SiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 Fe2O3 1000 ° REF 1 46,3 19,08 0,03 1,86 3,25 3,35 0,41 0,76 4,74 19,48 REF 6 57,79 15,15 0,03 3,48 1,4 3,13 0,99 0,32 2,1 14,05 REF 5 53,32 16,38 0,04 2,78 2,24 2,50 0,93 0,80 4,03 17,12 REF 4 60,95 18,83 0,01 2,44 1,27 2,29 0,61 0,22 3,34 10,55 moyenne 54,59 17,36 0,03 2,64 2,04 2,82 0,74 0,53 3,55 15,30 écart type 6,35 1,91 0,01 0,68 0,91 0,51 0,27 0,30 1,12 3,87 Analyses chimiques poudre infra 2µm SiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 Fe2O3 1000 ° REF 3 49,92 18,52 0,09 3,98 1,28 1,08 5,17 0,98 6,55 12,18 REF 1 51,32 21,93 0,03 2,23 2,62 2,14 0,45 1,36 5,49 11,19 REF 6 61,07 16,57 0,03 3,98 1,15 2,28 0,67 0,83 2,20 11,43 REF 5 52,99 16,43 0,03 2,84 1,29 1,30 0,77 0,97 4,19 19,48 REF 4 59,13 18,98 0,01 2,54 0,95 1,61 0,29 0,33 3,28 14,18 moyenne 56,13 18,48 0,02 2,90 1,50 1,83 0,55 0,87 3,79 14,07 écart type 4,71 2,58 0,01 0,76 0,76 0,46 0,22 0,43 1,39 3,85 Le tableau 3 rassemble les principales caractéristiques physiques. Elles sont en accord avec celles données dans la littérature (Chamayou et Legros, 1989). Les surfaces spécifiques totales mesurées varient de 410 à 639 m 2 /g, avec une valeur moyenne de 565.6 m 2 /g. Les différentes poudres, sauf la REF3, présentent des valeurs usuelles de CEC, indiquant de ce fait une grande surface d'échange avec le milieu. Toutefois, les mesures de CEC et de surface spécifique totale peuvent être faussées par la présence d'impuretés minéralogiques ou de composés superficiels
JNGG 2002, 8 et 9 Octobre 2002, Nancy 5 (hexamétaphosphate, matières organiques, polymères). Certains auteurs se méfient également des traitements de préparation en vue de la détermination de la CEC. Certains des thermogrammes (REF 1, REF 2 et REF 3 ) indiquent un pic exothermique à 290°C, qui ne correspond pas aux espèces minérales rencontrées, il semble caractériser des matériaux cellulosiques. Un essai a été mené sur un mélange de poudre REF 4 avec 1 % de CMC, le thermogramme indique un pic très marqué à 290°C. Cet essai a donc été utilisé comme indicateur de la présence de polymères. Poudres sédimentométrie % CEC inf 2µm 2-20 µm Tableau 3 : résultats des principales caractéristiques physiques 20-50 µm sup50µ m Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Somme taux sat surface pH gonflt inf 2µm meq/g meq/g meq/g meq/g meq/g meq/g % m2/g cm3 REF 3 95,1 3,0 0,2 1,7 40,0 32,0 14,2 14,8 3,4 64,4 161,0 410,0 10,6 22,0 REF 4 88,0 6,0 0,1 5,5 75,7 30,7 10,4 49,8 2,2 93,1 123,0 586,0 10,1 31,0 REF 1 77,0 16,0 2,7 4,4 73,2 79,1 14,5 47,4 1,0 141,9 193,8 565,0 10,7 42,0 REF 6 63,9 25,0 4,3 6,7 91,5 29,5 10,6 58,9 1,4 100,5 109,8 628,0 10,2 24,0 REF 5 80,0 12,2 0,9 6,9 73,6 41,4 16,5 44,4 1,3 103,6 140,7 639,0 10,5 30,0 REF 2 92,4 4,0 0,0 3,6 10,6 18,0 Moyenne 82,7 11,0 1,4 4,8 70,8 42,5 13,2 43,1 1,8 100,7 145,7 565,6 10,5 27,8 Ecart type 11,6 8,5 1,8 2,0 18,8 21,0 2,6 16,7 1,0 27,7 33,1 92,1 0,2 8,5 Conscient d'avoir travaillé sur des échantillons bruts et critique vis à vis de ces résultats, cette analyse minéralogique classique permet de distinguer parmi les six poudres étudiées, deux catégories de produits : - bentonite traitée ou activée - bentonite traitée et adjuvantée de polymères. * Les bentonites activées appelées bentonite sodique artificielle : REF 5, REF 4, REF 6 Leurs caractéristiques essentielles sont : - La valeur de CEC infra 2 µm est nettement inférieure à la somme des bases échangeables. Cette différence entre les deux mesures, qui théoriquement dans le cas d'une smectite pure est quasi nulle, est due à un traitement ajouté aux poudres, probablement sous forme de sels non organiques ou aux minéraux inhérents aux gisements. - Les analyses chimiques entre la poudre totale et la poudre infra 2µm indiquent une nette diminution du pourcentage d'oxyde Na 2 O. Cela signifie que le cation Na est donc présent, mais pas uniquement dans l'espace interfoliaire des smectites. REF 5 et REF 4 présentent des analogies, alors que REF 6 se distingue par une faible différence entre la CEC et la somme des bases échangeables et une teneur en particules infra 2µm plus faible. * Les bentonites activées et adjuvantées de polymères : REF 1, REF 2, REF 3 Outre les caractéristiques évoquées ci dessus, les thermogrammes ATD-ATG de ces poudres indiquent un pic vers 290°C, qui peut être attribué à des produits organiques (tels que les dérivés cellulosiques ou polymères naturels).
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JNGG 2002, 8 <strong>et</strong> 9 Octobre 2002, Nancy 4<br />
d'autres minéraux mis en évi<strong>de</strong>nce en quantité faible (tableau 1), essentiellement dans la fraction<br />
grossière, mais encore présents dans la fraction infra 2 µm largement majoritaire ( 64 à 95 %). Leur<br />
rôle dans les suspensions n'est certainement pas à négliger, toutefois il est difficile à évaluer, car <strong><strong>de</strong>s</strong><br />
essais chimiques spécifiques aux suspensions n'ont pas été menés. Ces minéraux annexes sont soit<br />
inhérents aux gisements, soit apportés par les traitements d'activation. Le fractionnement<br />
granulométrique, qui s'effectue par lavage <strong>et</strong> centrifugation, a pour eff<strong>et</strong> <strong>de</strong> réduire la teneur en<br />
Na 2 O, d'augmenter la teneur en SiO 2 <strong>et</strong> Al 2 O 3 . Les autres teneurs en oxy<strong><strong>de</strong>s</strong> sont peu modifiées<br />
(tableau 2).<br />
Tableau 1 : Minéraux non argileux<br />
Poudres totales<br />
REF 1<br />
REF 6<br />
REF 5<br />
REF 4<br />
REF 3<br />
Minéraux secondaires<br />
Quartz, calcite, cristobalite, anatase, go<strong>et</strong>hite, albite<br />
Quartz, cristobalite, gypse, albite<br />
Quartz, muscovite, calcite, albite<br />
Micas, quartz, felspaths potasssiques <strong>et</strong> plagioclases, gypse<br />
Mica, glauconite<br />
Tableau 2 : analyses chimiques <strong><strong>de</strong>s</strong> poudres totales <strong>et</strong> infra 2µm<br />
Analyses chimiques poudre totale<br />
SiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 Fe2O3 1000 °<br />
REF 1 46,3 19,08 0,03 1,86 3,25 3,35 0,41 0,76 4,74 19,48<br />
REF 6 57,79 15,15 0,03 3,48 1,4 3,13 0,99 0,32 2,1 14,05<br />
REF 5 53,32 16,38 0,04 2,78 2,24 2,50 0,93 0,80 4,03 17,12<br />
REF 4 60,95 18,83 0,01 2,44 1,27 2,29 0,61 0,22 3,34 10,55<br />
moyenne 54,59 17,36 0,03 2,64 2,04 2,82 0,74 0,53 3,55 15,30<br />
écart type 6,35 1,91 0,01 0,68 0,91 0,51 0,27 0,30 1,12 3,87<br />
Analyses chimiques poudre infra 2µm<br />
SiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 Fe2O3 1000 °<br />
REF 3 49,92 18,52 0,09 3,98 1,28 1,08 5,17 0,98 6,55 12,18<br />
REF 1 51,32 21,93 0,03 2,23 2,62 2,14 0,45 1,36 5,49 11,19<br />
REF 6 61,07 16,57 0,03 3,98 1,15 2,28 0,67 0,83 2,20 11,43<br />
REF 5 52,99 16,43 0,03 2,84 1,29 1,30 0,77 0,97 4,19 19,48<br />
REF 4 59,13 18,98 0,01 2,54 0,95 1,61 0,29 0,33 3,28 14,18<br />
moyenne 56,13 18,48 0,02 2,90 1,50 1,83 0,55 0,87 3,79 14,07<br />
écart type 4,71 2,58 0,01 0,76 0,76 0,46 0,22 0,43 1,39 3,85<br />
Le tableau 3 rassemble les principales caractéristiques physiques. Elles sont en accord avec celles<br />
données dans la littérature (Chamayou <strong>et</strong> Legros, 1989).<br />
Les surfaces spécifiques totales mesurées varient <strong>de</strong> 410 à 639 m 2 /g, avec une valeur moyenne <strong>de</strong><br />
565.6 m 2 /g.<br />
Les différentes poudres, sauf la REF3, présentent <strong><strong>de</strong>s</strong> valeurs usuelles <strong>de</strong> CEC, indiquant <strong>de</strong> ce fait<br />
une gran<strong>de</strong> surface d'échange avec le milieu. Toutefois, les mesures <strong>de</strong> CEC <strong>et</strong> <strong>de</strong> surface spécifique<br />
totale peuvent être faussées par la présence d'impur<strong>et</strong>és minéralogiques ou <strong>de</strong> composés superficiels
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