EP2836814A1 - Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche - Google Patents

Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche

Info

Publication number
EP2836814A1
EP2836814A1 EP13719950.1A EP13719950A EP2836814A1 EP 2836814 A1 EP2836814 A1 EP 2836814A1 EP 13719950 A EP13719950 A EP 13719950A EP 2836814 A1 EP2836814 A1 EP 2836814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
rock
micro
parameters
during
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13719950.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Kun Su
Edmond POYOL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TotalEnergies SE
Original Assignee
Total SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Total SE filed Critical Total SE
Publication of EP2836814A1 publication Critical patent/EP2836814A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
    • G01N3/46—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid the indentors performing a scratching movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0421—Longitudinal waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining geomechanical parameters of a rock sample and to a device making it possible to implement such a measurement method.
  • Some of these geomechanical parameters such as the angle of friction ( ⁇ ) or the cohesion (C) of the Mohr-Coulomb criterion which characterizes the break point of the rock, are parameters used in all the geomechanical studies at different scales, by example at the scale of a well, a reservoir, a cover or an oil field.
  • the invention thus proposes a method for determining geomechanical parameters of a rock sample, comprising:
  • the method according to the invention offers an efficient and non-destructive method for determining geomechanical parameters of the rock, including the angle of friction and cohesion.
  • the method according to the invention allows a rapid, non-destructive determination and requiring small amounts of rock sample.
  • a method according to the invention may further comprise one or more of the optional features below, considered individually or in all possible combinations:
  • the method may furthermore comprise a step of measuring the sonic parameters of the sample and in which, during the step of determining the geomechanical parameters of the sample, the Poisson's ratio of the rock is determined,
  • the sonic parameters include the propagation velocities of the compression and shear waves; the microseismic signals produced during the scratch and the micro-indentation are recorded by several sensors placed on the rock sample and on the test bench; .
  • micro-indentation measurements and / or sonic parameters are made in the stripe created during the streaking step
  • the angle of friction ( ⁇ ) and the cohesion (C) of the rock sample are determined from the interpretation of the point of inflection of the micro-indentation force-displacement curve and the streaking forces.
  • the rock sample is in the form of a core and the steps for measuring and determining the geomechanical parameters of the sample are repeated along the sample, and / or
  • the invention also relates to a computer program product comprising a series of instructions which, when loaded into a computer, causes the computer to carry out the steps of the method according to the invention.
  • the invention furthermore relates to a device for measuring the geomechanical parameters of a rock sample, the device comprising:
  • a gantry whose movement along the sample is controlled and comprising instruments of micro-indentation and scratching,
  • a computer controlling the movement of the gantry along the sample, configured to receive the data measured by the instruments fixed to the gantry and comprising calculation means making it possible, from the received data, to determine at least one parameter among the resistance to the uniaxial compression, friction angle, internal cohesion, Brinell hardness, and Young's modulus of the rock sample.
  • the gantry of the device further comprises an instrument for measuring sonic parameters of the rock sample
  • the computer of the device is configured to also receive the data measured by the measuring instrument of the samples. sonic parameters and further comprises calculating means from the received data to determine the Poisson's ratio of the rock sample.
  • FIG. 1 represents the various steps of a method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a measuring device according to one embodiment of the invention.
  • the various elements shown in the figures are not necessarily scaled.
  • the method according to the invention comprises:
  • the method according to the invention is implemented by means of a device as represented in FIG. 2.
  • Such a device comprises:
  • test bench intended to receive a sample of rock, typically a V-shaped bench as is usually used for "scratch tests",
  • a gantry whose movement along the sample is controlled and comprising at least 18 micro-indentation and scratch test instruments and possibly an instrument for measuring the sonic parameters of the rock sample,
  • a computer 20 controlling the movement of the gantry along the sample and configured to determine from the data measured by the gantry instruments of the geomechanical parameters of the rock sample. In addition, it records the signals of microseismic emissions during measurements.
  • the horizontal and vertical forces to be provided to a blade are measured to maintain a constant forward speed and a constant cutting depth along the length of the blade. the sample to destroy a constant volume per unit length of rock at the surface of the sample.
  • the stripping step within the meaning of the invention relates to a test well known as the scratch test.
  • the forward speed of the blade can be between 5 mm / s and 25 mm / s and the depth of cut can vary from 0.05 mm to 0.5 mm depending among other types of rock analyzed.
  • the force-displacement characteristics of the sample are determined by micro-indentation.
  • the micro-indentation test is carried out by means of a cylindrical or spherical indenter having a diameter of between 0.5 and 3 mm.
  • the test can be performed with a constant or variable pitch on the surface of the stripe created during the streaking step to measure the elastic properties and the parameters of the stripe. breaking of the rock.
  • Performing the micro-indentation test by accessing the sample in the stripe created during the streaking step provides a fresh rock surface, i.e., a rock surface. whose properties are more like those of a rock not yet extracted.
  • the data collected on this fresh rock surface are therefore more relevant than those collected on a surface that has been exposed to ambient air.
  • the piston of the indenter provided with a force sensor is also fixed on the gantry.
  • the lifting and lowering of the indenter are done automatically.
  • the differential displacements of the indenter with respect to the surface of the rock are measured thanks to three sensors, for example LVDT sensors, one of which is fixed near the indenter, the two others fixed on the gantry.
  • the force and the displacement are recorded by the computer 20.
  • the measurement step is variable according to the need, for example the measurement step is between 5 to 10 cm.
  • sonic parameters of the rock sample are measured.
  • the propagation velocities of the compression waves V p and the shear stress V s are measured during the step of measuring the sonic parameters.
  • the measurements of the propagation speeds are carried out on the surface left following the scratch step and in the test intervals of the micro-indentation.
  • the sonic measurements are performed using a transmitter and a receiver placed in the streak at a distance of a predetermined distance, for example between 2 and 10 cm, in particular about 5 cm.
  • the lifting and lowering sonic sensors can be performed automatically using an arm installed on the gantry 16 and managed by the computer 20.
  • a constant pressure is imposed on the sensors to ensure good contact at the rock-sensor interface.
  • the progress step of the measurements is constant, for example equal to the predetermined distance separating the transmitter and the receiver. In particular, the advancement step may be equal to 5 cm.
  • micro-seismic emission listening is carried out using several sensors placed directly on the core and on the test bench.
  • the measured data is sent to the computer 20 which processes them to determine geomechanical parameters.
  • the elastic properties of the rock can be determined by micro-indentation, the Young's modulus (E) of the rock on a millimetric scale can be determined by analyzing the linear phase of the force-displacement curve obtained at each point of measurement. .
  • Resistance to uniaxial compression can be determined during the scratch step, using the empirical relationship between specific energy intrinsic ( ⁇ ) and the resistance Rc (compressive strength in simple compression) obtained on the samples of the same type of rock.
  • ⁇ specific energy intrinsic
  • Rc compressive strength in simple compression
  • the plastic parameters including the friction angle ( ⁇ ) and the internal cohesion (C) can be determined by the coupled interpretation of the measured data during the scratch step and the micro-indentation.
  • the friction force at the blade-rock interface as well as the force corresponding to the point of inflection of the force-displacement curve of the micro-indentation and the non-linear phase of this curve are used for the determination of these parameters.
  • the inventors propose to exploit both the specific energy ( ⁇ ) provided by the stripe; and the force (F R ) and the displacement (e R ) of the point of the linearity loss (R) of the force-displacement curve of the cylindrical indenter to determine the friction angle and cohesion of the rocks.
  • the inventors propose to exploit the micro-seismic emissions to interpret the different phases of the force-displacement curve of the micro-indentation and the impact of the depth of cut on the measurement of the specific energy of the scratch.
  • the inventors propose to measure the Brinell hardness of a rock sample with a spherical indenter by performing a charge-discharge cycle.
  • the irreversible displacement measured at the end of the discharge makes it possible to calculate the Duret Brinell index (HB).
  • the mechanical and sonic data obtained on the same surface of the core make it possible to establish with confidence correlations between the parameters. Such correlations are used for the construction of log geomechanics at the scale of a borehole.
  • the effect of grouping measurements on a single bench minimizes the dispersion of sample preparation results, and in addition provides the ability to perform a coupled interpretation of data from different measurements to obtain consistent mechanical parameters.
  • the method according to the invention is very effective in determining the parameters of rock rupture, in particular on clays because one of the great difficulties of clays is obtaining uncracked samples.
  • the method according to the invention is applicable to small samples, which offers a wide field of application in geomechanical studies (for example drilling and roofing stability) in which the parameters of the failure criterion are often unknown due to lack of suitable samples in conventional tests.
  • micro-indentation test can be performed directly on carrots.
  • cohesion values C, angle of friction ⁇ , Brinell hardness and Young's modulus E can be obtained at a constant pitch over a certain length of core.
  • a geomechanical LOG can thus be established, and it can be extrapolated to the training set using correlations with the other LOGs measured in drilling.
  • This LOG is an input data for hydraulic fracturing modeling.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche, comprenant : • - une étape de rayure au cours de laquelle les forces horizontales et verticales fournies à une lame avançant à vitesse constante et à une profondeur de coupe constante le long de l'échantillon pour détruire un volume constant par unité de longueur à la surface de l'échantillon de roche sont mesurées, • - une étape de micro-indentation au cours de laquelle des caractéristiques mécaniques de l'échantillon de roche sont déterminées par micro-indentation, • - une étape de détermination des paramètres géologiques de l'échantillon au cours de laquelle au moins un paramètre parmi la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell et le module d'Young de la roche est estimé au moyen des mesures effectuées au cours des étapes de rayure et de micro-indentation.

Description

Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d' un échantillon de roche La présente invention concerne un procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche ainsi qu'un dispositif permettant de mettre en œuvre un tel procédé de mesure.
Lors de l'étude géomécanique d'un sous-sol, il est classiquement réalisé des carottages dans le sous-sol afin de récupérer des échantillons de roches.
La détermination de certains paramètres géomécaniques des roches permet de mieux appréhender le comportement de la structure souterraine à une éventuelle exploitation de ce sous-sol.
Certains de ces paramètres géomécaniques comme l'angle de frottement (Φ) ou la cohésion (C) du critère de Mohr-Coulomb qui caractérise le seuil de rupture de la roche, sont des paramètres utilisés dans toutes les études géomécaniques à différente échelle, par exemple à l'échelle d'un puits, d'un réservoir, d'une couverture ou encore d'un champ pétrolier.
Habituellement, la détermination de l'angle de frottement et de la cohésion d'une roche nécessite des essais de compression triaxiale à différentes pressions de confinement .
Bien que donnant des résultats satisfaisants ces essais de compression triaxiale sont complexes à mettre en œuvre, en particulier pour les roches argileuses, en raison des fissures induites par le forage et la conservation (déshydratation) . En outre, ces essais sont de très longues durées, au minimum une semaine par essai. Il existe donc un besoin pour une méthode de détermination de paramètres géologiques à partir d'un échantillon de roche, dont l'angle de frottement et la cohésion de la roche qui soit plus simple et rapide à mettre en œuvre que les méthodes existantes.
L' invention propose ainsi un procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche, comprenant :
- une étape de rayure au cours de laquelle les forces horizontales et verticales fournies à une lame avançant à vitesse constante et à une profondeur de coupe constante le long de la surface d'un échantillon sont mesurées,
une étape de micro-indentation sur la rayure au cours de laquelle des caractéristiques mécaniques de la roche sont déterminées par micro-indentation,
une étape de détermination des paramètres géologiques de l'échantillon au cours de laquelle au moins un paramètre parmi la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell, et le module d' Young de la roche est estimé au moyen des mesures effectuées au cours des étapes de rayure et de micro-indentation.
Avantageusement, le procédé selon l'invention offre une méthode efficace et non destructrice pour déterminer des paramètres géomécaniques de la roche, dont l'angle de frottement et la cohésion.
Avantageusement, le procédé selon l'invention permet une détermination rapide, non-destructive et nécessitant de petites quantités d'échantillon de roche.
En outre, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre de façon quasi continue.
Un procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
- le procédé peut comprendre en outre une étape de mesure des paramètres soniques de l'échantillon et dans lequel au cours de l'étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon le coefficient de Poisson de la roche est déterminé,
- les paramètres soniques comprennent les vitesses de propagation des ondes de compression et de cisaillement, - les signaux microsismiques produits pendant la rayure et la micro-indentation sont enregistrés par plusieurs capteurs placés sur l'échantillon de la roche et sur le banc d'essai.
les mesures de micro-indentation et/ou des paramètres soniques sont réalisées dans la rayure créée au cours de l'étape de rayure,
l'angle de frottement (Φ) et la cohésion (C) de l'échantillon de roche sont déterminés à partir de l'interprétation du point d'inflexion de la courbe force- déplacement de micro-indentation et des forces de rayure.
l'échantillon de roche est sous la forme d'une carotte et les étapes de mesure et de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon sont répétées le long de l'échantillon, et/ou
- l'échantillon est photographié pendant les étapes de mesure .
L' invention se rapporte également à un produit de programme d' ordinateur comprenant une série d' instructions qui lorsque chargée dans un ordinateur entraîne l'exécution par ledit ordinateur des étapes du procédé selon 1' invention .
L' invention se rapporte en outre à un dispositif de mesure des paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche, le dispositif comprenant :
- un banc d'essai destiné à recevoir un échantillon de roche,
- un portique dont le mouvement le long de l'échantillon est contrôlé et comprenant des instruments de micro-indentation et de rayure,
- un ordinateur contrôlant le mouvement du portique le long de l'échantillon, configuré pour recevoir les données mesurées par les instruments fixés au portique et comprenant des moyens de calcul permettant à partir des données reçues de déterminer au moins un paramètre parmi la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell, et le module d' Young de l'échantillon de roche.
Selon un aspect de l'invention, le portique du dispositif comprend en outre un instrument de mesure des paramètres soniques de l'échantillon de roche, et l'ordinateur du dispositif est configuré pour recevoir également les données mesurées par l'instrument de mesure des paramètres soniques et comprend en outre des moyens de calcul permettant à partir des données reçues de déterminer le coefficient de Poisson de l'échantillon de roche.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 représente les différentes étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, et
la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l' invention . Pour des raisons de clarté, les différents éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à 1' échelle .
Selon un mode de réalisation représenté à la figure 1, le procédé selon l'invention comprend :
- une étape de rayure SI,
- une étape de micro-indentation S2,
- une étape de mesure des paramètres soniques S3, et
- une étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon S4.
De préférence, le procédé selon l'invention est mis en œuvre au moyen d'un dispositif tel que représenté à la figure 2.
Un tel dispositif comprend :
- un banc d'essai destiné à recevoir un échantillon de roche, typiquement un banc en V comme utilisé usuellement pour des « scratch tests »,
- un portique dont le mouvement le long de l'échantillon est contrôlé et comprenant au moins des instruments 18 de micro-indentation et de scratch test et éventuellement un instrument de mesure des paramètres soniques de l'échantillon de roche,
- plusieurs capteurs d'écoute d'émission micro- sismiques placés sur l'échantillon et sur le banc.
- un ordinateur 20 contrôlant le mouvement du portique le long de l'échantillon et configuré pour déterminer à partir des données mesurées par les instruments du portique des paramètres géomécaniques de l'échantillon de roche. De surcroit, il enregistre les signaux des émissions micro- sismiques au cours de mesures. Au cours de l'étape de rayure SI, on mesure les forces horizontales et verticales qu'il faut fournir à une lame, par exemple une lame de cutter, pour maintenir une vitesse constante d'avancement et une profondeur de coupe constante le long de l'échantillon afin de détruire un volume constant par unité de longueur de roche à la surface de l'échantillon.
L'étape de rayure au sens de l'invention se rapporte à un test bien connu sous le nom de scratch test.
L'interprétation de ces mesures dans le cadre d'une approche Energie/volume permet d'estimer le profil de l'énergie spécifique intrinsèque (ISE Intrinsic Spécifie Energy) le long de l'échantillon.
Selon un mode de réalisation, la vitesse d'avancement de la lame peut être comprise entre 5 mm/s et 25 mm/s et la profondeur de coupe peut varier de 0,05 mm à 0,5 mm en fonction entre autre du type de roche analysée.
Plusieurs passes préalables peuvent être nécessaires pour obtenir une surface plane le long de la carotte en raison des irrégularités de surface.
Les valeurs de forces de coupe à l'interface lame- roche sont enregistrées le long de l'échantillon à plusieurs profondeurs maintenues constantes tout le long de la rayure.
Au cours de l'étape de micro-indentation, on détermine par micro-indentation les caractéristiques force- déplacement de l'échantillon.
Selon un mode de réalisation, le test de micro- indentation est réalisé au moyen d'un indenteur cylindrique ou sphérique d'un diamètre compris entre 0,5 et 3 mm. Le test peut être réalisé à pas constant ou variable sur la surface de la rayure créée au cours de l'étape de rayure pour mesurer les propriétés élastiques et les paramètres de rupture de la roche.
Le fait d'effectuer le test de micro-indentation en accédant à l'échantillon dans la rayure créée au cours de l'étape de rayure permet d'offrir une surface de roche fraîche, c'est-à-dire une surface de roche dont les propriétés ressemblent davantage à celles d'une roche non encore extraite. Les données recueillies sur cette surface de roche fraîche sont donc plus pertinentes que celles qui auraient été récoltées sur une surface ayant été exposée à l'air ambiant.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le piston de l'indenteur muni d'un capteur de force est également fixé sur le portique. La levée et la descente de l'indenteur sont faites de manière automatique. Les déplacements différentiels de l'indenteur par rapport à la surface de la roche sont mesurés grâce à trois capteurs, par exemple des capteurs LVDT, dont un fixé près de l'indenteur, les deux autres fixés sur le portique.
La force et le déplacement sont enregistrés par l'ordinateur 20. Le pas de mesure est variable selon le besoin, par exemple le pas de mesure est compris entre 5 à 10 cm.
Au cours de l'étape de mesure des paramètres soniques S3, on mesure des paramètres soniques de l'échantillon de roche. En particulier, les vitesses de propagation des ondes de compression Vp et de cisaillement Vs sont mesurées au cours de l'étape de mesure des paramètres soniques.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les mesures des vitesses de propagation sont réalisées sur la surface laissée suite à l'étape de rayure et dans les intervalles de tests de la micro-indentation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, après le passage de la lame lors de l'étape de rayure, on obtient une rayure (une surface) lisse sur l'échantillon de roche. Le portique 16 revient à sa position de départ.
Les mesures soniques sont réalisées à l'aide d'un émetteur et d'un récepteur placés dans la rayure distants d'une distance prédéterminée, par exemple entre 2 et 10 cm, en particulier d'environ 5 cm. La levée et la descente des capteurs soniques peuvent être réalisées de manière automatique à l'aide d'un bras installé sur le portique 16 et géré par l'ordinateur 20. Une pression constante est imposée sur les capteurs afin d'assurer un bon contact à l'interface roche-capteur. Le pas d'avancement des mesures est constant, par exemple égal à la distance prédéterminée séparant l'émetteur et le récepteur. En particulier, le pas d'avancement peut être égal à 5 cm.
Les écoutes d'émission micro-sismiques sont réalisées à l'aide de plusieurs capteurs placés directement sur la carotte et sur le banc d'essai.
Au cours de l'étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon S4, les données mesurées sont envoyées vers l'ordinateur 20 qui les traite afin de déterminer des paramètres géomécaniques.
Les inventeurs ont pu constater que le regroupement de ces trois mesures sur un seul banc et leur interprétation couplée permettent de caractériser simultanément plusieurs paramètres mécaniques de la roche.
Les propriétés élastiques de la roche peuvent être déterminées par micro-indentation, le module d' Young (E) de la roche à l'échelle millimétrique peut être déterminé en analysant la phase linéaire de la courbe force-déplacement obtenue à chaque point de mesure.
La résistance à la compression uniaxiale (Rc) peut être déterminée au cours de l'étape de rayure, en utilisant la relation empirique entre l'énergie spécifique intrinsèque (ξ) et la résistance Rc (résistance à la rupture en compression simple) obtenus sur les échantillons du même type de roche. Au cours de l'étape de rayure, le profil de Rc peut être obtenu tout le long de la carotte. La variabilité de la résistance mécanique à l'échelle millimétrique ou métrique peut être caractérisée.
Les paramètres plastiques, dont l'angle de friction (φ) et la cohésion interne (C) peuvent être déterminés grâce à l'interprétation couplée des données mesurées pendant l'étape de rayure et de la micro-indentation . La force de frottement à l'interface lame-roche ainsi que la force correspondant au point d' inflexion de la courbe force-déplacement de la micro-indentation et la phase non- linéaire de cette courbe sont exploités pour la détermination de ces paramètres.
L'exploitation de la partie linéaire de la courbe force-déplacement de l'indenteur cylindrique permet de calculer le module d'élasticité (E) .
Les inventeurs proposent d'exploiter à la fois l'énergie spécifique (ξ) fournie par la rayure ; et la force (FR) et le déplacement (eR) du point de la perte linéarité (R) de la courbe force-déplacement de l'indenteur cylindrique pour déterminer l'angle de frottement et la cohésion des roches.
Les inventeurs proposent d'exploiter les émissions micro-sismiques pour interpréter les différentes phases de la courbe force-déplacement de la micro-indentation et l'impact de la profondeur de coupe sur la mesure de l'énergie spécifique de la rayure.
Les inventeurs proposent de mesurer la dureté Brinell d'un échantillon de roche avec un indenteur sphérique en réalisant un cycle de charge-décharge. Le déplacement irréversible mesuré à la fin de décharge permet de calculer l'indice de Duret Brinell (HB) .
Les données mécaniques et soniques obtenues sur la même surface de la carotte permettent d'établir avec confiance des corrélations entre les paramètres. De telles corrélations servent pour la construction des Log géomécaniques à l'échelle d'un forage.
L'effet de regrouper les mesures sur un seul banc minimise la dispersion des résultats liés à la préparation des échantillons, et de surcroît offre la possibilité d'effectuer une interprétation couplée des données issues de différentes mesures afin d'obtenir les paramètres mécaniques cohérents.
Avantageusement, la méthode selon l'invention est très efficace pour déterminer les paramètres de rupture des roches, en particulier sur les argiles car une des grandes difficultés des argiles est l'obtention d'échantillons non fissurés .
La méthode selon l'invention est applicable sur des petits échantillons, ce qui offre un vaste champ d'application dans les études géomécaniques (par exemple stabilité de forage et de couverture) dans lesquelles les paramètres du critère de rupture sont souvent inconnus en raison de manque des échantillons convenables aux essais classiques.
En outre, le test de micro-indentation peut être réalisé directement sur des carottes. Ainsi on peut obtenir des valeurs de cohésion C, d'angle de frottement Φ, la dureté Brinell et de module d' Young E à pas constant sur une certaine longueur de carottes.
Un LOG géomécanique peut être ainsi établi, et il peut être extrapolé sur l'ensemble de formation en utilisant des corrélations avec les autres LOG mesurés dans les forages. Ce LOG constitue une donnée d'entrée pour la modélisation de fracturation hydraulique.
L' invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et doit être interprétée de façon non limitative, en englobant tout mode de réalisation équivalent .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche, comprenant :
- une étape de rayure au cours de laquelle les forces horizontales et verticales fournies à une lame avançant à vitesse constante et à une profondeur de coupe constante le long de l'échantillon pour détruire un volume constant par unité de longueur à la surface de l'échantillon de roche sont mesurées,
- une étape de micro-indentation au cours de laquelle des caractéristiques mécaniques de l'échantillon de roche sont déterminées par micro-indentation,
une étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon au cours de laquelle au moins un paramètre parmi la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell et le module d' Young de la roche est estimé au moyen des mesures effectuées au cours des étapes de rayure et de micro-indentation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au cours de l'étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon, la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell et le module d' Young de la roche sont déterminés au moyen des mesures effectuées au cours des étapes de rayure et de micro-indentation.
3. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de mesure des paramètres soniques de l'échantillon de roche et dans lequel au cours de l'étape de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon le coefficient de Poisson de la roche est déterminé .
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les paramètres soniques comprennent les vitesses de propagation des ondes de compression et de cisaillement.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les mesures de micro-indentation et/ou des paramètres soniques sont réalisées dans la rayure créée au cours de l'étape de rayure.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les émissions micro-sismiques sont enregistrées pendant la rayure et la micro-indentation.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'échantillon de roche est sous la forme d'une carotte et les étapes de mesures et de détermination des paramètres géomécaniques de l'échantillon sont répétées le long de l'échantillon.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'échantillon est photographié pendant les étapes de mesures.
9. Produit programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 8, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
10. Dispositif de mesure des paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche, le dispositif comprenant :
- un banc d'essai destiné à recevoir un échantillon de roche,
un portique dont le mouvement le long de l'échantillon est contrôlé et comprenant des instruments de micro-indentation et de rayure,
- Plusieurs capteurs d'écoute des émissions acoustiques placés sur l'échantillon et sur le banc d' essai .
- un ordinateur contrôlant le mouvement du portique le long de l'échantillon, configuré pour recevoir les données mesurées par les instruments fixé au portique et comprenant des moyens de calcul permettant à partir des données reçues de déterminer au moins un paramètre parmi la résistance à la compression uniaxiale, l'angle de friction, la cohésion interne, la dureté Brinell, et le module d' Young de l'échantillon de roche.
11. Dispositif de mesure selon la revendication 10, dont le portique comprend en outre un instrument de mesure des paramètres soniques de l'échantillon de roche, et
ledit ordinateur est configuré pour recevoir également les données mesurées par l'instrument de mesure des paramètres soniques et comprend en outre des moyens de calcul permettant à partir des données reçues de déterminer le coefficient de Poisson de l'échantillon de roche, et
ledit ordinateur est configuré également pour enregistre les signaux des capteurs d'écoute des émissions micro-sismiques .
EP13719950.1A 2012-04-12 2013-03-29 Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche Withdrawn EP2836814A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1253391A FR2989465B1 (fr) 2012-04-12 2012-04-12 Procede de determination de parametres geomecaniques d'un echantillon de roche
PCT/FR2013/050699 WO2013153311A1 (fr) 2012-04-12 2013-03-29 Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2836814A1 true EP2836814A1 (fr) 2015-02-18

Family

ID=48237100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13719950.1A Withdrawn EP2836814A1 (fr) 2012-04-12 2013-03-29 Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9606036B2 (fr)
EP (1) EP2836814A1 (fr)
CN (1) CN104541147A (fr)
AR (1) AR090640A1 (fr)
AU (1) AU2013246743B2 (fr)
CA (1) CA2869912A1 (fr)
FR (1) FR2989465B1 (fr)
RU (1) RU2014145357A (fr)
WO (1) WO2013153311A1 (fr)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140373648A1 (en) * 2013-06-19 2014-12-25 Natasa Stambuk Cvitanovic System and method for automatic recording of a plurality of measurements and verification of specimens in rock mechanics
US10918747B2 (en) 2015-07-30 2021-02-16 Vital Vio, Inc. Disinfecting lighting device
US9927097B2 (en) 2015-07-30 2018-03-27 Vital Vio Inc. Single diode disinfection
US10357582B1 (en) * 2015-07-30 2019-07-23 Vital Vio, Inc. Disinfecting lighting device
CN105761158B (zh) * 2016-03-03 2020-02-07 长江大学 盐岩地下储气库极限运行压力的分析方法
CN105784494B (zh) * 2016-04-12 2018-05-04 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 一种特定复合型蚀变岩/带综合抗压强度指标获取方法
CN106198744A (zh) * 2016-07-04 2016-12-07 西南石油大学 一种层状岩石各向异性单轴抗压强度的预测方法
CN106370812B (zh) * 2016-08-19 2017-11-17 华北水利水电大学 一种岩体蚀变分带的综合定量判别方法
US20180185533A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Vital Vio, Inc. Control systems for disinfecting light systems and methods of regulating operations of disinfecting light systems
RU2655279C1 (ru) * 2017-06-19 2018-05-24 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Способ определения геомеханических параметров горных пород
CN107300611B (zh) * 2017-06-21 2018-07-17 华北水利水电大学 一种岩体蚀变程度现场快速分带方法
US10835627B2 (en) 2017-12-01 2020-11-17 Vital Vio, Inc. Devices using flexible light emitting layer for creating disinfecting illuminated surface, and related method
US10309614B1 (en) 2017-12-05 2019-06-04 Vital Vivo, Inc. Light directing element
US10413626B1 (en) 2018-03-29 2019-09-17 Vital Vio, Inc. Multiple light emitter for inactivating microorganisms
CN108548723B (zh) * 2018-05-21 2021-03-30 中国石油天然气股份有限公司 测定岩石的抗压强度的方法、装置及存储介质
CN109060539B (zh) * 2018-09-20 2021-08-24 西南石油大学 一种岩石微米尺度弹性模量及屈服强度获取方法
US12194168B2 (en) 2018-12-19 2025-01-14 Vyv, Inc. Lighting and dissipation device
CN109738313A (zh) * 2019-01-28 2019-05-10 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种岩石侵蚀深度和力学性能劣化程度的测试分析方法
US11639897B2 (en) 2019-03-29 2023-05-02 Vyv, Inc. Contamination load sensing device
US11541135B2 (en) 2019-06-28 2023-01-03 Vyv, Inc. Multiple band visible light disinfection
US11369704B2 (en) 2019-08-15 2022-06-28 Vyv, Inc. Devices configured to disinfect interiors
CN110473597B (zh) * 2019-09-05 2022-05-03 中国石油大学(北京) 砾岩力学性质评价分析方法及系统
US11878084B2 (en) 2019-09-20 2024-01-23 Vyv, Inc. Disinfecting light emitting subcomponent
CN111208198A (zh) * 2020-01-17 2020-05-29 大连理工大学 一种岩体实时波速测定及质量评价的方法
US11630041B2 (en) * 2020-01-17 2023-04-18 Tianjin University Method for obtaining rock mechanical-geometric parameters and holographic scanning system
US11802852B2 (en) * 2020-06-25 2023-10-31 Saudi Arabian Oil Company Testing methodology to monitor the on-set of solid acid hydrolysis using sonic waves
CN114076710A (zh) * 2020-08-21 2022-02-22 中国石油化工股份有限公司 一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统
CN114112753A (zh) * 2020-09-01 2022-03-01 中国石油化工股份有限公司 一种岩石连续硬度测试装置及测试方法
US12050297B2 (en) 2020-09-11 2024-07-30 Saudi Arabian Oil Company Method and system for determining energy-based brittleness
US11867053B2 (en) 2020-11-25 2024-01-09 Saudi Arabian Oil Company Shear head device
CN115436200A (zh) * 2021-06-04 2022-12-06 中国石油天然气股份有限公司 强非均质砾岩岩石力学参数测试装置和评价方法
CN115524247A (zh) * 2021-06-24 2022-12-27 中国石油天然气股份有限公司 一种用于刮痕法测试不规则小块岩心的方法及装置
CN113933156B (zh) * 2021-10-12 2023-05-23 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种岩土介质微米压痕测试方法及系统
CN115326590B (zh) * 2022-08-09 2025-04-25 中国石油大学(北京) 校正刀具磨损的岩心连续强度的计算方法
WO2024097520A1 (fr) * 2022-11-01 2024-05-10 Dow Global Technologies Llc Dispositif de test de raclage pour caractériser des formulations d'échantillon
CN115964931B (zh) * 2022-11-04 2023-09-05 广西大学 岩石高强高脆动静特性相似的材料配制理论、方法和配方
CN115508223B (zh) * 2022-11-08 2023-03-24 中国科学院地质与地球物理研究所 深井钻进真三轴试验装置及方法
CN115979870B (zh) * 2023-02-03 2025-08-01 中南大学 一种岩体力学参数与工程特性原位评估方法
CN116539403B (zh) * 2023-04-28 2024-03-08 中南大学 岩体力学特性获取、可切割性评价、原位感知方法及装置
US20260043728A1 (en) * 2024-08-09 2026-02-12 Kla Corporation Device and method to calibrate or verify the displacement-measurement system of an instrumented indenter

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2182235A (en) * 1936-10-19 1939-12-05 Eugene P Polushkin Hardness tester
US3876251A (en) * 1973-02-15 1975-04-08 James Boyd Mining and tunneling apparatus involving alternated application of thermal and mechanical energy in response to sensed rock condition
JPS6232340A (ja) * 1985-08-05 1987-02-12 Akashi Seisakusho Co Ltd 硬度計の負荷装置
US4911002A (en) * 1989-04-06 1990-03-27 Halliburton Logging Services Inc. Logging apparatus for a core sample cutter
GB9204902D0 (en) * 1992-03-06 1992-04-22 Schlumberger Ltd Formation evalution tool
WO1996010737A1 (fr) * 1994-09-30 1996-04-11 Renishaw Plc Procedes et appareils d'essais de penetration, de rayure ou tribologiques
US5670711A (en) * 1996-03-08 1997-09-23 Regents Of The University Of Minnesota Portable rock strength evaluation device
US5866807A (en) * 1997-02-04 1999-02-02 Digital Instruments Method and apparatus for measuring mechanical properties on a small scale
US5868030A (en) * 1997-07-01 1999-02-09 Halliburton Energy Services, Inc. Core sample test method and apparatus
US6155104A (en) * 1998-05-26 2000-12-05 Subra Suresh Method and apparatus for determining preexisting stresses based on indentation or other mechanical probing of a material
US6349595B1 (en) * 1999-10-04 2002-02-26 Smith International, Inc. Method for optimizing drill bit design parameters
IT1313324B1 (it) 1999-10-04 2002-07-17 Eni Spa Metodo per ottimizzare la selezione del fioretto di perforazione e deiparametri di perfoazione usando misure di resistenza della roccia
DE19950310A1 (de) * 1999-10-14 2001-04-19 Gfe Ges Fuer Fertigungstechnik Verfahren zum Prüfen von Hartstoffschichten
US6941819B1 (en) * 2001-09-28 2005-09-13 Chandler Instruments Company L.L.C. Apparatus and method for determining the dynamic mechanical properties of a cement sample
US7107694B2 (en) * 2004-06-29 2006-09-19 Hysitron, Incorporated Method for observation of microstructural surface features in heterogeneous materials
KR100670235B1 (ko) * 2005-01-31 2007-01-17 한국기계연구원 폴리머 소재의 점착 및 마찰 특성 측정 장치
TWI282858B (en) * 2005-12-30 2007-06-21 Ind Tech Res Inst Nano-indentation ultrasonic detecting system and method thereof
CN101144765B (zh) * 2006-09-13 2011-03-30 宝山钢铁股份有限公司 多相材料中各组成相含量的测试方法
RU2367923C1 (ru) 2008-02-13 2009-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевой научный центр ВНИМИ" Стенд для физического моделирования геомеханических процессов
US8234912B2 (en) * 2008-04-16 2012-08-07 Terratek Inc. Apparatus for continuous measurement of heterogeneity of geomaterials
WO2010008647A1 (fr) * 2008-07-14 2010-01-21 Exxonmobil Upstream Research Company Corp-Urc-Sw-359 Systèmes et procédés permettant de déterminer des propriétés géologiques au moyen d'une analyse acoustique
US8498853B2 (en) * 2009-07-20 2013-07-30 Exxonmobil Upstream Research Company Petrophysical method for predicting plastic mechanical properties in rock formations
CN101710046B (zh) * 2009-12-02 2011-05-11 马德军 仪器化微米压入测试材料杨氏模量的方法
RU2435955C1 (ru) 2010-05-19 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Способ определения предела прочности при одноосном растяжении горных пород
US8635026B2 (en) * 2010-09-07 2014-01-21 Saudi Arabian Oil Company Determination of rock mechanics from applied force to area measures while slabbing core samples
US9169545B2 (en) * 2010-09-30 2015-10-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Mechanical components from highly recoverable, low apparent modulus materials
US9822638B2 (en) * 2013-09-30 2017-11-21 1464684 Alberta Ltd. In-situ rock testing tool

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013153311A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013153311A1 (fr) 2013-10-17
US9606036B2 (en) 2017-03-28
CA2869912A1 (fr) 2013-10-17
FR2989465B1 (fr) 2014-11-21
FR2989465A1 (fr) 2013-10-18
AR090640A1 (es) 2014-11-26
AU2013246743A1 (en) 2014-10-30
AU2013246743B2 (en) 2016-06-23
RU2014145357A (ru) 2016-06-10
US20150068292A1 (en) 2015-03-12
CN104541147A (zh) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2836814A1 (fr) Procédé de détermination de paramètres géomécaniques d'un échantillon de roche
RU2577080C2 (ru) Тестирование прочности на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других твердых или сверхтвердых материалов
FR2876407A1 (fr) Procede et appareil d'identification de proprietes de roches et systeme de forage incorporant cet appareil.
Zhang et al. Continuous high frequency measurement improves understanding of high frequency torsional oscillation in North America land drilling
CN104865124B (zh) 基于岩石应力‑应变曲线和超声波纵波速度的页岩脆性指数测定方法
CN103344705B (zh) 一种应用声发射能量值测定岩石脆性指数的方法
CN110067554B (zh) 井中三分量声波远探测测井装置及其测量方法
RU2582896C2 (ru) Тестирование жесткости на основе акустической эмиссии с меньшим коэффициентом шумов
RU2550314C2 (ru) Тестирование жесткости на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других твердых или сверхтвердых материалов
EP2817607B1 (fr) Tete de mesure destinee a equiper un penetrometre dynamique et procede de mesure a l'aide d'une telle tete de mesure
WO2008106376A3 (fr) Procédé de diagraphie pour déterminer une caractéristique de fluide dans une région de mesure de fond
CA2653115A1 (fr) Methode pour determiner les proprietes de roches a partir de rapports de forage
CN102971618B (zh) 用于pdc、pcbn或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试
Wood On the small strain stiffness of some scandinavian clays and impact on deep excavation
CN110397015A (zh) 一种海底原位测试数据的处理方法
EP0341109B1 (fr) Méthode pour évaluer la teneur des roches sédimentaires en matière organique à partir de données enregistrées dans des puits par des sondes de diagraphie
Johnson et al. In situ tensile fracture toughness of surficial cohesive marine sediments
Madun et al. Convertion shear wave velocity to standard penetration resistance
Ecemis et al. Effect of drainage conditions on CPT resistance of silty sand: physical model and field tests
CN104863576A (zh) 判断钻机钻进至一定深度时钻头所处地质层的方法
FR2605746A1 (fr) Procede de detection des heterogeneites et/ou de determination de caracteristiques petrophysiques de couches geologiques d'un milieu a explorer
EP2315055B1 (fr) Méthode pour interpréter des enregistrements sismiques répétitives
CN202273254U (zh) 水泥土搅拌桩质量检测装置
Low et al. Comparison of pore pressure generation and dissipation rates from cone and ball penetrometers
CN103410134A (zh) 一种用于海洋欠固结土孔隙水压力测试的锥形探针

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20141008

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20161122