FR3067383B1 - Dispositif de mesure par mise en pression du sous-sol et procede de realisation d'un essai de mise en pression associe - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol comprenant : - au moins une sonde pressiométrique (7) comprenant au moins une cellule déformable (9), - un réservoir de fluide (11) comprenant un contenant et un volume de fluide contenu dans le contenant, - une unité de transfert (17) configurée pour introduire le fluide du réservoir de fluide (11) à l'intérieur de la cellule déformable (9), ladite unité (17) comprenant un organe de transfert (19) comportant une ligne d'aspiration (21) connectée fluidiquement audit réservoir de fluide (11), et une ligne de refoulement (23) connectée fluidiquement à la cellule déformable (9), - une unité de mesure (33) du volume du fluide transféré à l'intérieur de la cellule déformable (9). L'unité de mesure (33) du volume de fluide comprend un dispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11).
Description
Dispositif de mesure par mise en pression du sous-sol et procédé deréalisation d’un essai de mise en pression associé
La présente invention concerne en général un dispositif de mesure par mise enpression du sous-sol notamment un dispositif de mesure dilatométrique ou un dispositif demesure pressiométrique destinés à réaliser respectivement un essai dilatométrique ou unessai pressiométrique. Par exemple, le dispositif de mesure pressiométrique est undispositif de type Ménard, conforme à la norme NFP 94-110-1.
Plus précisément, l’invention concerne un dispositif de mesure par mise enpression du sous-sol comprenant : - au moins une sonde pressiométrique destinée à être introduite dans un forage dusous-sol, ladite sonde pressiométrique comprenant au moins une cellule déformable, - un réservoir de fluide comprenant un contenant et un volume de fluide contenudans le contenant, - une unité de transfert configurée pour introduire le fluide du réservoir de fluide àl’intérieur de la cellule déformable, ladite unité comprenant un organe de transfertcomportant une ligne d’aspiration connectée fluidiquement audit réservoir de fluide, et uneligne de refoulement connectée fluidiquement à la cellule déformable, - une unité de mesure du volume du fluide transféré depuis le réservoir de fluide àl’intérieur de la cellule déformable.
Les essais pressiométrique et dilatométrique sont des essais de chargementeffectués dans le sous-sol, généralement dans un forage calibré, dont l’analyse permetd’obtenir des propriétés mécaniques du sous-sol comme par exemple le modulepressiométrique EM.
Pour réaliser ce type de mesure, la cellule déformable est mise sous pression, parpaliers de pressions croissants, en injectant le fluide du réservoir de fluide au moyen del’organe de transfert de l’unité de transfert. Pour chaque palier de pression, le volume defluide injecté est mesuré.
Dans le cas d’un essai pressiométrique, la courbe pressiométrique, ou courbed’expansion, qui est obtenue en reportant en abscisse la pression mesurée dans la celluledéformable et en ordonnée la variation de volume à la fin du palier de pressioncorrespondant, permet d’accéder aux propriétés mécaniques mentionnées plus haut.
Afin d’obtenir des valeurs de propriétés mécaniques fiables et représentatives dusous-sol, il est nécessaire de mesurer avec précision le volume de fluide injecté à la fin dechaque palier de pression appliqué.
Il est possible d’utiliser comme organe de transfert une pompe doseuse comme parexemple une pompe à piston ou une pompe à membrane.
Cependant, ces types de pompes présentent des inconvénients : les pompes àpiston ne présentent pas une étanchéité parfaite et la membrane des pompes àmembrane se distend et perd sa forme initiale au cours de son utilisation.
Ainsi, ce type de pompe ne permet pas d’obtenir la précision de mesure requisepour la réalisation des essais de mise en pression du sous-sol, notamment pour despaliers de pression supérieurs à 80 bars. A cet effet, l’invention vise à proposer un dispositif de mesure par mise enpression du sous-sol du type précité dans lequel l’unité de mesure du volume de fluidecomprend un dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide.
Ainsi, en mesurant la masse du réservoir de fluide avant et après l’injection de fluidedans la cellule déformable, il est possible de connaître avec précision le volume de fluideinjecté quelle que soit la nature de l’organe de transfert utilisé.
Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif comprend l’une ou plusieursdes caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisonstechniquement possibles : - le dispositif comprend en outre une ligne de vidange connectée fluidiquement àla ligne de refoulement et au réservoir de fluide, ladite ligne de vidange étant configuréepour vidanger le fluide contenu dans la cellule déformable dans le réservoir de fluide ; - la ligne de vidange comprend une vanne destinée à contrôler le débit de fluidedans la ligne de vidange ; - la ligne d’aspiration et/ou la ligne de vidange sont plongées dans le réservoir defluide ; - le réservoir de fluide comprend au moins une paroi latérale et une paroiinférieure et que la ligne d’aspiration et/ou la ligne de vidange sont sans liaisonmécanique avec ladite paroi latérale et ladite paroi inférieure ; - le dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide est adapté pourmesurer une masse avec une erreur de mesure inférieure ou égale à 0,2 g ; - le dispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide est une balancedisposée sous le réservoir de fluide. L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un essai par mise enpression du sous-sol avec un dispositif de mesure défini ci-dessus comprenant : - une étape d’introduction de la sonde pressiométrique dans un forage, - une étape d’introduction du fluide du réservoir de fluide à l’intérieur de la celluledéformable au moyen de l’unité de transfert, - une première étape de mesure d’une première masse du réservoir de fluideavant l’introduction du fluide à l’intérieur de la cellule déformable au moyen du dispositifde mesure de la masse du réservoir de fluide, - une deuxième étape de mesure d’une deuxième masse du réservoir de fluideaprès l’introduction du fluide à l’intérieur de la cellule déformable au moyen du dispositifde mesure de la masse du réservoir de fluide, - une étape de détermination du volume de fluide introduit à l’intérieur de la celluledéformable, comprenant une sous-étape de soustraction de la deuxième masse et de lapremière masse.
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieursdes caractéristiques suivantes : - le procédé comprend en outre une étape préliminaire de détermination de ladensité du fluide du réservoir de fluide et une étape de correction du volume déterminé aumoyen de ladite densité ; - le procédé comprend en outre : - une étape de vidange du fluide de la cellule déformable vers le réservoirde fluide au moyen de l’unité de transfert, - une étape de mesure d’une troisième masse du réservoir de fluide aprèsla vidange de la cellule déformable dans le réservoir de fluide au moyen dudispositif de mesure de la masse du réservoir de fluide, - une étape de comparaison de la première masse et de la troisième massedu réservoir de fluide, - une étape de détermination de fuites externes du dispositif de mesure. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la descriptiondétaillée qui est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à lafigure 1 annexée, laquelle est une vue schématisée du dispositif de mesure selonl’invention.
La figure 1 présente une vue schématique d’un dispositif de mesure par mise enpression 1 du sous-sol 3.
Le dispositif 1 selon l’invention est typiquement un dispositif de mesuredilatométrique ou un dispositif de mesure pressiométrique destinés à réaliserrespectivement un essai dilatométrique ou un essai pressiométrique.
Par exemple, le dispositif 1 un dispositif de mesure pressiométrique de typeMénard, conforme à la norme NFP 94-110-1.
Les essais pressiométrique et dilatométrique sont des essais de chargementeffectué dans le sous-sol, généralement dans un forage calibré, dont l’analyse permet d’obtenir des propriétés mécaniques du sous-sol comme par exemple le modulepressiométrique EM.
Le dispositif de mesure 1 comprend au moins une sonde pressiométrique 7destinée à être introduite dans un forage 5 du sous-sol 3. Ladite sonde 7 comprend aumoins une cellule déformable 9.
Le dispositif 1 présenté sur la figure 1 comporte une unique sonde pressiométrique 7.
Par exemple, la sonde pressiométrique 7 comporte une unique cellule déformable9 par injection de fluide, encore appelée « packer» par l’homme du métier. La celluledéformable 9 du dispositif 1 est également connue dans l’état de la technique sous le nom« cellule de mesure ».
En variante, la sonde pressiométrique 7 comporte en outre deux cellules de garde(non représentées) contenant du gaz et qui encadrent la cellule de mesure.
Les cellules de garde permettent d’assurer que la déformation de la cellule demesure est uniquement radiale et que l’essai de mise en pression est un essai endéformation plane.
Par exemple, la sonde pressiométrique 7 du dispositif 1 selon l’invention est unesonde Ménard conforme à la norme NFP 91-110-1, avantageusement une sondepressiométrique FC 60 Francis COUR à gaine souple.
La sonde FC 60 Francis COUR est par exemple décrite dans les brevetsFR 3 009 841 et FR 2 910 047 de la Demanderesse.
En variante, la sonde pressiométrique 7 est quelconque et par exemple de type Eou G conformément à la norme NFP 91-110-1.
Le dispositif 1 selon l’invention comprend un réservoir de fluide 11. Le réservoir defluide 11 comprend un contenant et un volume de fluide contenu dans le contenant.
Le réservoir de fluide 11 comprend une paroi inférieure 13 et une paroi latérale 15.
Le réservoir de fluide 11 a une forme quelconque, par exemple cylindrique ouparallélépipédique.
Le fluide est typiquement un fluide incompressible, par exemple de l’eau.
Le dispositif 1 comprend également une unité de transfert 17 configurée pourintroduire le fluide du réservoir de fluide 11 à l’intérieur de la cellule déformable 9. L’unité de transfert 17 comprend un organe de transfert 19 comportant une ligned’aspiration 21 connectée fluidiquement audit réservoir de fluide 11, et une ligne derefoulement 23 connectée fluidiquement à la cellule déformable 9. L’organe de transfert 17 est typiquement une pompe quelconque adaptée pourinjecter le fluide dans la cellule déformable 9 supportant une pression typiquementcomprise entre 10 bars et 150 bars, par exemple 80 bars.
Avantageusement, le dispositif 1 comprend en outre une ligne de vidange 25connectée fluidiquement à la ligne de refoulement 23 et au réservoir de fluide 11.
La ligne de vidange 25 est configurée pour vidanger le fluide contenu dans lacellule déformable 9 dans le réservoir de fluide 11.
Typiquement, la ligne d’aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont plongées dansle réservoir de fluide 11.
Avantageusement, la ligne d’aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont sansliaison mécanique avec la paroi latérale 15 et la paroi inférieure 13 du réservoir de fluide11.
Ainsi, la ligne d’aspiration 21 et la ligne de vidange 25 sont positionnées à l’écartdesdites parois inférieure 13 et latérale 15.
Typiquement, la ligne de vidange 25 comprend une première vanne 27 mobileentre une position ouverte permettant au fluide de circuler jusqu’au réservoir de fluide 11et une position fermée ne permettant pas au fluide de circuler jusqu’au réservoir de fluide11.
En variante et/ou en complément, la ligne de refoulement 23 comprend unedeuxième vanne 29 mobile entre une position ouverte permettant au fluide de circulerjusqu’à la sonde pressiométrique 7 et une position fermée ne permettant pas au fluide decirculer jusqu’à la sonde pressiométrique 7.
Le dispositif de mesure 1 comporte un manomètre 31 afin de mesurer avecprécision la pression à l’intérieur de la cellule déformable 9.
Le dispositif de mesure 1 selon l’invention comprend en outre une unité de mesure33 du volume du fluide transféré depuis le réservoir de fluide 11 vers l’intérieur de lacellule déformable 9.
Avantageusement, selon l’invention, l’unité de mesure 33 du volume de fluidecomprend un dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11. L’unité demesure 33 mesure à la fois la masse du contenant et la masse du fluide dans lecontenant.
Par exemple, le dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11 estune balance disposée sous le réservoir de fluide 11.
La balance est typiquement une balance électronique connue de l’état de latechnique.
Avantageusement, le dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11est adapté pour mesurer une masse avec une erreur de mesure inférieure ou égale à0,2 g.
Un procédé de réalisation par mise en pression du sous-sol avec un dispositif demesure 1 selon l’invention va maintenant être décrit.
Le procédé comporte tout d’abord une étape d’introduction de la sondepressiométrique 7 dans un forage 5 du sous-sol 3 de sorte à positionner la sondepressiométrique 7 à une profondeur définie (station de mesure).
Les essais pressiométriques ou dilatométriques sont typiquement réalisés àdifférentes profondeurs le long du forage 5. A chaque profondeur, la cellule déformable 9 est mise sous pression par paliers depression croissants en introduisant du fluide du réservoir de fluide 11 à l’intérieur de lacellule déformable 9 au moyen de l’unité de transfert 17.
La mise sous pression se fait par exemple par paliers croissants successifs.
Typiquement, le nombre de paliers de pression est compris entre 8 et 20, parexemple 12.
En variante, la cellule déformable 9 est mise sous pression en injectantsuccessivement des volumes de fluide croissants et en mesurant la pression à l’intérieurde la cellule déformable correspondante.
La pression à l’intérieur de la cellule déformable 9 est par exemple comprise entre1 bar et 500 bars en fonction du palier de pression considéré.
Le volume correspondant de fluide injecté à l’intérieur de la cellule déformable 9est typiquement compris entre 50 cm3 et 3000 cm3 en fonction du palier de pressionconsidéré.
Le procédé comprend en outre une étape préalable de mesure d’une premièremasse du réservoir de fluide 11 avant l’introduction du fluide à l’intérieur de la celluledéformable 9 au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11.
Puis, le procédé comprend une étape de mesure d’une deuxième masse duréservoir de fluide 11 après l’introduction du fluide à l’intérieur de la cellule déformable 9toujours au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir de fluide 11.
Par soustraction de la deuxième masse à la première masse et en multipliant parune densité de fluide prédéterminée, le volume du fluide introduit à l’intérieur de la celluledéformable 9 est alors déterminé.
Les étapes décrites ci-dessus sont répétées successivement pour chaque palierde pression et la variation de volume de fluide injecté est déterminée par soustraction desmasses du réservoir de fluide 11 avant et après chaque injection correspondante.
Dans le cas de l’essai pressiométrique, une courbe pressiométrique, ou courbed’expansion, est alors obtenue en reportant en abscisse la pression mesurée dans lacellule déformable 9 et en ordonnée la variation de volume à la fin du palier de pressioncorrespondant.
Ces données sont ensuite analysées afin de déterminer les propriétés mécaniquesdu sous-sol.
Lorsque le dernier palier de pression a été atteint et que la dernière mesure devolume de fluide injecté a été déterminée, le procédé comprend typiquement une étapede vidange du fluide de la cellule déformable 9 vers le réservoir de fluide 11 au moyen del’unité de transfert 17 par la ligne de vidange 25.
Le procédé comporte alors avantageusement une étape de mesure d’une troisièmemasse du réservoir de fluide 11 après la vidange de la cellule déformable dans leréservoir de fluide 11 au moyen du dispositif de mesure 35 de la masse du réservoir defluide.
La première masse et la troisième masse du réservoir de fluide 11 sont alorscomparées et le procédé comprend une étape de détermination d’éventuelles fuitesexternes du dispositif de mesure 1.
Typiquement, la sonde pressiométrique 7 est alors déplacée verticalement dans leforage 5 pour être positionnée au niveau de la station de mesure suivante et les étapesdu procédé sont réitérées.
Avantageusement, le procédé selon l’invention comprend une étape préliminaire àtoute mesure au cours de laquelle la densité du fluide du réservoir de fluide 11 estdéterminée. La densité mesurée est alors utilisée pour corriger les volumes de fluidedéterminés au cours du procédé.
Ainsi, le dispositif selon l’invention permet d’obtenir des valeurs fiables et précisesdes propriétés mécaniques du sous-sol 3 en mesurant notamment avec précision lesvariations de volume de fluide injecté dans la cellule déformable 9. L’absence de contact entre les lignes de vidange 25 et d’aspiration 21 et les paroisinférieure et latérale du réservoir de fluide 11 permet de déterminer avec précision lesmasses successives du réservoir de fluide 11 et in fine le volume de fluide injecté dans lacellule déformable 9.
Le dispositif 1 selon l’invention permet également de contrôler entre chaque stationde mesure qu’il n’existe pas de fuites externes au dispositif 1 en comparant la masse duréservoir de fluide 11 après l’injection de fluide dans la cellule déformable 9 et la massedu réservoir de fluide 11 après la vidange du fluide de la cellule déformable 9 dans leréservoir de fluide 11.
Enfin, le dispositif 1 permet d’injecter un volume important de fluide dans la celluledéformable 9. En effet, le volume injecté est limité uniquement par la taille du réservoir defluide 11 et par la capacité maximale du dispositif de mesure 35 de la masse duditréservoir.
Claims (4)
- REVENDICATIONS1. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol comprenant : - au moins une sonde pressiométrique (7) destinée à être introduite dans unforage (5) du sous-sol (3), ladite sonde pressiométrique (7) comprenant au moins unecellule déformable (9), - un réservoir de fluide (11) comprenant un contenant et un volume de fluidecontenu dans le contenant, - une unité de transfert (17) configurée pour introduire le fluide du réservoir defluide (11 ) à l’intérieur de la cellule déformable (9), ladite unité (17) comprenant un organede transfert (19) comportant une ligne d’aspiration (21) connectée fluidiquement auditréservoir de fluide (11), et une ligne de refoulement (23) connectée fluidiquement à lacellule déformable (9), - une unité de mesure (33) du volume du fluide transféré depuis le réservoir defluide (11) à l’intérieur de la cellule déformable (9), caractérisé en ce que l’unité de mesure (33) du volume de fluide comprend undispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11).
- 2. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon larevendication 1, comprenant en outre une ligne de vidange (25) connectée fluidiquementà la ligne de refoulement (23) et au réservoir de fluide (11), ladite ligne de vidange (25)étant configurée pour vidanger le fluide contenu dans la cellule déformable (9) dans leréservoir de fluide (11). 3. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon larevendication 2, caractérisé en ce que la ligne de vidange (25) comprend une vanne (27)destinée à contrôler le débit de fluide dans la ligne de vidange (25). 4. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l’unequelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la ligne d’aspiration (21)et/ou la ligne de vidange (25) sont plongées dans le réservoir de fluide (11). 5. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l’une desrevendications 2 à 4, caractérisé en ce que le réservoir de fluide (11) comprend au moinsune paroi latérale (15) et une paroi inférieure (13) et que la ligne d’aspiration (21) et/ou la ligne de vidange (25) sont sans liaison mécanique avec ladite paroi latérale (15) et laditeparoi inférieure (13).
- 6. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l’unequelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure(35) de la masse du réservoir de fluide (11 ) est adapté pour mesurer une masse avec uneerreur de mesure inférieure ou égale à 0,2 g. 7. - Dispositif (1) de mesure par mise en pression du sous-sol selon l’unequelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure(35) de la masse du réservoir de fluide (11) est une balance disposée sous le réservoir defluide (11). 8. - Procédé de réalisation d’un essai par mise en pression du sous-sol avec undispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant : - une étape d’introduction de la sonde pressiométrique (7) dans un forage (5), - une étape d’introduction du fluide du réservoir de fluide (11) à l’intérieur de lacellule déformable (9) au moyen de l’unité de transfert (17), - une première étape de mesure d’une première masse du réservoir de fluide (11)avant l’introduction du fluide à l’intérieur de la cellule déformable (9) au moyen dudispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), - une deuxième étape de mesure d’une deuxième masse du réservoir de fluide(11) après l’introduction du fluide à l’intérieur de la cellule déformable (9) au moyen dudispositif de mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), - une étape de détermination du volume de fluide introduit à l’intérieur de la celluledéformable (9), comprenant une sous-étape de soustraction de la deuxième masse et dela première masse.
- 9. - Procédé de réalisation d’un essai par mise en pression du sous-sol selon larevendication 8, comprenant en outre une étape préliminaire de détermination de ladensité du fluide du réservoir de fluide (11) et une étape de correction du volumedéterminé au moyen de ladite densité. 10. - Procédé de réalisation d’un essai par mise en pression du sous-sol selon larevendication 8 ou 9, comprenant en outre : - une étape de vidange du fluide de la cellule déformable (9) vers le réservoir defluide (11) au moyen de l’unité de transfert (17), - une étape de mesure d’une troisième masse du réservoir de fluide (11) après lavidange de la cellule déformable (9) dans le réservoir de fluide (11) au moyen du dispositifde mesure (35) de la masse du réservoir de fluide (11), - une étape de comparaison de la première masse et de la troisième masse duréservoir de fluide (11), - une étape de détermination de fuites externes du dispositif (1) de mesure.
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