Academic literature on the topic 'Boues de forage – Propriétés mécaniques'

Pour la realisation du troncon central de la ligne d du metro de lyon, il a ete retenu la technique du tunnelier avec pression de boue de bentonite pour le maintien du front de taille et transport hydraulique (marinage), avec cette meme boue, des materiaux alluvionnaires extraits. L'originalite du marinage hydraulique sur ce site est: l'utilisation d'un fluide binghamien (boue de bentonite) comme fluide porteur, le transport d'elements de granulometrie continue et etendue jusqu'a plus de 100 millimetres. Une etude sur le marinage hydraulique a ete effectuee pendant la duree du chantier avec, pour objectif, une meilleure comprehension des consequences de ces deux aspects ainsi qu'une optimisation des conditions et des parametres qui influencent le transport hydraulique de materiaux associe a de tels tunneliers. Les principaux resultats sont les suivants: l'augmentation des caracteristiques rheologiques de la boue (seuil de plasticite et viscosite plastique) abaisse la vitesse limite de depot des materiaux et attenue la vitesse de glissement phase solide-phase liquide. Le transport des materiaux s'effectue alors de facon pseudo-homogene, ce qui est favorable pour l'optimisation du marinage. Le seuil de plasticite semble agir sur le gradient des pertes de charge en fonction de la vitesse de transport tandis que la viscosite plastique et la masse volumique de la boue influent sur l'importance de la perte de charge. L'optimisation est obtenue en utilisant une boue de bentonite ayant un seuil de plasticite maximum une viscosite plastique ainsi qu'une masse volumique minimum

Etude cinetique complete en solution de la sulfonatation du polynorbornene; la reaction a ete developpee a des etats plus concentres susceptibles de transposition industielle "en suspension" et en "masse". Analyse structurale par spectroscopie ir. Selon le taux de sulfonation, on peut distinguer 3 types de materiaux: ionomeres (10%), hydrophiles (50%), hydrosolubles(50%) dont les proprietes mecaniques, thermiques et thermodynamiques ont ete evaluees soit en solution, soit a l'etat solide. Comparaison avec des produits similaires et depot d'un brevet

La première partie constitue une analyse bibliographique, composée de cinq chapitres: rôle de la boue de forage et composition; caractéristiques des boues de forage et rhéologie; rhéologie des autres boues (laitiers de ciment, vases. . . ); méthodes et appareils de mesure en forage pétrolier; le rhéogoniomètre de Weissenberg et les autres rhéomètres de laboratoire. La deuxième partie, décrit le travail expérimental sur l'étude du comportement rhéologique de la bentonite du Wyoming employée pour la fabrication des fluides de forage; et de la bentonite verte intéressant plus particulièrement les problèmes d'étanchéité. En comportement rhéologique monotone régime permanent, les boues étudiées présentent un comportement non newtonien avec existence d'un seuil d'écoulement. A partir des courbes d'ecoulement, nous avons déduit la viscosité apparente, la viscosite plastique et le seuil d'écoulement. L'évolution de ces paramètres en fonction de la concentration en bentonite a été étudiée. La salinité entraine une dégradation des différents paramètres rhéologiques de la boue étudiée. Pour déterminer directement le seuil d'écoulement, nous avons utilisé comme méthode directe le Vane test. Pour mettre en évidence le caractère thixotrope (propriétés temporelles) des deux boues, nous avons étudié d'une part le comportement cyclique (méthode d'hystérésis) de la boue à l'aide de la géométrie cône-plan à vitesse imposée, et d'autre part l'évolution de la cohésion en fonction du temps de repos à l'aide du Vane-test. La bentonite du Wyoming est stable et homogène. En revanche, la bentonite verte ne se stabilise pas et présente un comportement plus complexe

Matière première abondante, de faible coût et de fonctionnalisation aisée, l'amidon présente des caractéristiques qui en font un précurseur très compétitif pour son application dans le secteur pétrolier. A l'état natif l'amidon possède de bonnes propriétés rhéologiques toutefois dépendantes de son origine et des contraintes extérieures qu'il subit. Afin de pallier une telle dépendance, une solution consiste à modifier chimiquement le grain d'amidon. L'étude a porté sur les relations entre structure et propriétés physico-chimiques, rhéologiques et de filtration d'amidons de pomme de terre ; ils sont hydroxypropylés et/ou réticulés avant ou après la température de gélatinisation. Les échantillons ont été caractérisés en terme de capacité de gonflement, de taille de particules et de masse molaire. Leur structure a été observée par microscopie optique et à balayage par cryo-fracture. Nous avons montré que les propriétés rhéologiques des suspensions d'amidon modifié étaient directement liées aux caractéristiques physico-chimiques. Elles sont gouvernées par les paramètres de déformabilité et de rigidité des particules. La détermination des relations structure / propriétés a permis l'utilisation de ces dérivés pour l'application désirée. Les échantillons ont alors été soumis à des conditions sévères de température (140ʿC - 160ʿC), de cisaillement (16 000 tr/min) et de salinité (CaCl2, 1M). Nous avons montré que les propriétés physico-chimiques d'un système réticulé avant la température de gélatinisation étaient plus stables que celles d'un amidon réticulé après gélatinisation. Enfin, une formulation de fluide de forage a été étudiée. Les résultats de filtration ont montré une augmentation de la porosité des cakes en présence de grains ou de fragments réticulés. En revanche, la stabilité de ces systèmes et leur solubilisation partielle à hautes températures en font des dérivés compétitifs. Ainsi, des mélanges amidon non réticulé / amidon réticulé permettent une meilleure imperméabilisation du cake entre 25ʿC et 140ʿC. Par ailleurs, les filtrats ont été caractérisés par chromatographie d'exclusion stérique afin de quantifier les fractions de polymères susceptibles d'endommager les abords du puits.

L'étude réalisée dans le cadre de la thèse est une étude comparative des propriétés physico-chimique, rhéologiques et de filtration d'une argile tunisienne et de la bentonite du Wyoming prise comme référence, vu sa grande utilisation dans le domaine des boues de forage. L'étude des propriétés physico-chimique des deux argiles a permis de montrer que la différence entre la bentonite du Wyoming et l'argile tunisienne est la présence de 13%d'illite. Les résultats de l'étude comparative des propriétés rhéologiques et de filtration des deux argiles montrent que le comportement de celles-ci est qualitativement le même et que la différence est plutôt quantitative au niveau des valeurs des paramètres étudiés. Une des originalités de ce travail réside dans l'utilisation de la microscopie analytique dans l'étude des argiles, cette étude a révélé l'extrême sensibilité des liaisons et des niveaux électroniques de l'oxygène dans l'argile à des sollicitations macroscopiques<br>The study carried out within the thesis is a comparative physicochemical, rheological and filtration studies of a Tunisian clay and the Wyoming bentonite taken as reference, because of its great use as the drilling fluid. The two clays physicochemical results show that the difference between the Wyoming bentonite and the Tunisian clay is the 13% of illite presence. The comparative rheological and filtration studies led to the following conclusions: qualitatively, the same rheological and filtration parameters behaviour is observed for the two clays however, the difference observed was rather quantitative at the value level. One of the originalities of this work resides in the use of the analytical microscopy in the clays studies, the results revealed the extreme sensitivity of the clay's oxygen's connections and the electronic levels to macroscopic requests

Des agrégats à base des boues de phosphate de la zone de Gantour ( Youssoufia,Maroc) sont cuits à des températures comprises entre 900 et 1200°C, et examinés par différentes techniques (DRX, MEB, analyses thermique et dilatométrique, et spectroscopie d’impédance). Les propriétés physiques des agrégats (retrait, absorption d’eau et résistance à la compression) sont mesurées et corrélées, dans certains cas, aux facteurs expérimentaux(température, temps de cuisson, teneur de l’additif), et ce en utilisant la méthodologie de la recherche expérimentale.Les agrégats amendés à l’argile smectitique sont le siège de formation de la gehlénite. Dans ce cas, la fluorapatite a partiellement résisté au traitement thermique, et a été le siège d’une ségrégation localisée. Les mesures d'impédance ont bien mis en évidence l'étape principale du frittage, lequel s’est produit par écoulement de la masse fondue. En se basant sur les valeurs de la densité, les granulats cuits à 900 et à 1100°C pouvaient bien être considérés comme des agrégats légers.Les études menées sur les agrégats des mélanges : argile kaolinitique-boue, cendre boue,et argile kaolinitique-cendre-boue ont montré la présence de la labradorite, et d’une masse fondue, qui semblait se former, entre autres, de la fusion de la fluorapatite. Par ailleurs,l'utilisation de la méthodologie de la recherche expérimentale a permis d'évaluer le poids des effets des facteurs expérimentaux sur les propriétés physiques des agrégats. Des granulats légers (1,02 &lt; densité &lt; 2,1 g/cm3) et résistants sont préparés avec succès dans les conditions expérimentales adoptées. Les granulats ayant le meilleur rapport résistance / densité sont ceux du mélange ternaire.Concernant le volet application, les résultats ont montré que l’utilisation des agrégats en construction est possible et que l’association d’agrégats légers au sol a permis d’activer la croissance des plants de la luzerne. D’un autre côté, l'absorption du phosphore par les racines(1,45 mg/g maximum) des plantes était meilleure dans le cas du mélange contenant de l’argile<br>Phosphate sludge generated from beneficiation plants of Moroccan phosphate rocks was investigated at the range [900-1200°C] by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thermal analysis dilatometric analysis and impedance spectroscopy. Mixtures of the phosphates ludge and amendments such as a swelling clay (up to 30 wt.% of the clay), a kaolinitic clay (up to 40 wt.% of the sludge) and a fly ash (65.5 wt.% of the ash) were investigated and their properties (shrinkage, density, water absorption and compressive strength) were measured as a function of temperature and clay addition. The results showed that gehlénite neoformed from lime of decomposed carbonates and breakdown products of clay minerals in the first mixture while labradorite/anorthite was the only neoformed phase in the other blends. Also fluoroapatite (original mineral) resisted heating until fusion in almost samples. A new approach based on the methodology of the experimental design was adopted to assess the effect of the processing factors on the studied properties. The measured properties were mainly controlled by temperature, and the effect of clay addition was less regular. Considering the mixtures densities lightweight agglomerates can be produced at specific conditions. On the other hand, the release ability of phosphorus by LWAs in the presence ofalfalfa plants has been performed. It was found that due to the release of phosphorus by soil embedded pellets the growth of alfalfa plants improved. The sintering process of blends of phosphate sludge and a naturally occurring clay material (0-30 wt.%) was investigated in the range 650-1100°C by using impedance spectroscopy. The results showed that the sintering process was effective between 750 and 1000°C and occurred by melt flow

This D.Sc. thesis proposes new perspectives for modeling drill string torsional dynamics under uncertainties. This work develops a novel stochastic hysteretic (nonreversible) bit-rock interaction model. Firstly, a new nominal interaction model, which depends not only on the bit speed, but also on the bit acceleration is developed. Then, a new stochastic model for the bit-rock interaction, taking into account the inherent fluctuations during the drilling, is also proposed. Furthermore, here a new test-rig is proposed to analyze drill string dynamics and bit-rock interaction, which is able to reproduce stick-slip phenomena while drilling a rock sample using standard masonry bits, as well as to validate bit-rock interaction models. An original strategy for modeling uncertainties globally, based on terms of the nonparametric probabilistic approach, considering a simple torsional model for a drill string, is also proposed herein. This strategy allows to control the dispersion level of each interior and interface DOFs of each drill string substructure independently, which can provide more information to improve the operational safety<br>This D.Sc. thesis proposes new perspectives for modeling drill string torsional dynamics under uncertainties. This work develops a novel stochastic hysteretic (nonreversible) bit-rock interaction model. Firstly, a new nominal interaction model, which depends not only on the bit speed, but also on the bit acceleration is developed. Then, a new stochastic model for the bit-rock interaction, taking into account the inherent fluctuations during the drilling, is also proposed. Furthermore, here a new test-rig is proposed to analyze drill string dynamics and bit-rock interaction, which is able to reproduce stick-slip phenomena while drilling a rock sample using standard masonry bits, as well as to validate bit-rock interaction models. An original strategy for modeling uncertainties globally, based on terms of the nonparametric probabilistic approach, considering a simple torsional model for a drill string, is also proposed herein. This strategy allows to control the dispersion level of each interior and interface DOFs of each drill string substructure independently, which can provide more information to improve the operational safety

Face à la complexité croissante des trajectoires et des conditions opérationnelles des forages pétroliers et géothermiques, le phénomène de fatigue est devenu la cause principale de rupture des garnitures de forage. La fatigue des tiges est essentiellement liée à leur flexion cyclique due à leur rotation dans une section courbe du puits. L'objectif de ce travail est d'élaborer une méthodologie ainsi que les modèles numériques nécessaires pour évaluer la fatigue des tiges au cours du forage de puits à trajectoire complexe. Pour ce faire, nous proposons d'abord de choisir parmi les approches existantes de prévision de la durée de vie en fatigue d'une structure celles qui nous ont semblé les plus pertinentes pour le problème de fatigue des systèmes de forage. Puis, ces approches (qui comprennent les théories de la fatigue et de la rupture ainsi que des lois empiriques), et des logiciels de calcul de structures sont ensuite intégrés dans des algorithmes de calcul incrémental de la fatigue d'un système en fonction de l'évolution de l'opération du forage. Du fait que les contraintes dans les tiges restent souvent dans le domaine élastique, deux modèles de fatigue des tiges sont développés : un premier est basé sur le calcul du cumul de fatigue et un second sur le calcul de la propagation de fissure par fatigue. Ces deux modèles peuvent être utilisés dans la phase de conception de la trajectoire du puits et de la garniture pour le forer, de même qu'en opération pour prédire les risques de rupture par fatigue du train de tiges. Ceci permet à l'opérateur de planifier la gestion des tiges et leurs inspections en fonction de l'historique de leur utilisation<br>Facing the growing complexity of trajectories and operating conditions of oil and geothermal drillings, the fatigue phenomenon has become the main cause of drill-string failure. The fatigue of drill-pipes is essentially due to their cyclic bending caused by their rotation in a curved section of the well. The objective of this work is to develop a methodology and the necessary numerical models to assess the fatigue of drill-pipes during drilling operations of complex trajectory wells. For this purpose, we propose firstly to choose among the available approaches for structure fatigue life prediction those that seem most relevant to drill-string fatigue problem. Then, these approaches (which include the fatigue and fracture theories as well as empirical laws), and structural calculation software are then integrated into incremental computation algorithms of drill-pipe fatigue in function of drilling operation evolution. Since the stresses in drill-pipes remain often within the elastic domain, two fatigue models for drill-pipes are developed: the first one is based on the cumulative fatigue calculation and the second one on the fatigue crack growth calculation. These models can be used in the well and drill-string design, or in real time during drilling to predict the fatigue failure in the drill-string. This allows the drill operator to plan the management of drill-pipes and their inspections depending on their usage history

Dans l'industrie du forage pétrolier, les conditions de travail de plus en plus sévères requièrent sans cesse de nouveaux outils plus résistants à l'usure abrasive et à l'impact. Afin de répondre à ce défi, les travaux présentés ici, ont pour but l'élaboration de matériaux en carbure cémenté à gradient de composition par le procédé d'imbibition réactive. Ce procédé peut être décomposé en deux procédés de gradation, à savoir : l'imbibition et le revêtement réactif. L'imbibition a pour rôle d'enrichir graduellement, en phase liante, le coeur d'une pièce en carbure cémenté dense et repose sur le principe de migration de phase liquide dans un corps solide-liquide. Le revêtement réactif est un procédé qui s'applique également sur un carbure cémenté dense sur lequel est déposé un revêtement de nitrure de bore. Après avoir atteint le liquidus de la phase liante du carbure cémenté, une précipitation de borures ternaires prend place à la surface du matériau et s'étend graduellement sur des distances millimétriques. Dans le cas de pièces industrielles (inserts tricône et supports de taillants PDC (Polycrystalline Diamond Compact)), le traitement d'imbibition réactive permet de générer des gradients de dureté pouvant atteindre 450 HV sur 25 mm. L'élaboration de tels gradients a nécessité une meilleure compréhension des cinétiques ainsi que des phénomènes mis en jeu durant l'imbibition et le revêtement réactif. Dans le cas des taillants PDC, l'influence des paramètres du procédé HPHT de synthèse de la plaquette diamantée, sur le gradient de composition présent dans le support WC-Co après imbibition réactive, a été étudiée. Ces travaux se sont également intéressés à l'effet de ces gradients de composition sur les propriétés des plaquettes diamantées ainsi obtenues. A la suite d'essais mécaniques, les inserts WC-Co et taillants PDC gradués montrent une augmentation significative de leur résistance à l'abrasion (de 30 à 100%) et de leur tenue à l'impact (de 20 à 40%)<br>In oil drilling industry, harsher working conditions require ever new and more abrasive wear and impact resistant tools. To meet this challenge, the work presented here, is to develop graded cemented carbide materials by reactive imbibition process. This method can be divided into two gradation processes, namely, reactive coating and imbibition. Imbibition gradually enriches the core of dense cemented carbide with binder phase and is based on the principle of liquid phase migration in a solid-liquid body. Reactive coating also takes place in dense cemented carbide on which a boron nitride coating is deposited. After reaction with the WC-Co liquid binder, some ternary boride precipitations take place from surface to several millimeters deep. For industrial parts (inserts for roller cone bits and PDC (Polycrystalline Diamond Compact) cutters substrates), hardness gradients obtained can reach 450 HV on 25 mm. Such gradients development is passed through a better understanding of kinetics and phenomena occurring during imbibition and reactive coating. In case of PDC cutters, influence of HPHT process parameters, allowing diamond table synthesis, on the WC-Co substrate gradient, generated by reactive imbibition, was studied. This work was also interested in gradient effect on the obtained diamond tables properties. After mechanical tests, graded WC-Co inserts and graded PDC cutters show a significant increase of both wear resistance (from 30 to 100%) and impact resistance (from 20 to 40%)

Dans ce travail de recherche, on aborde une étude expérimentale et numérique du comportement mécanique des roches argileuses soumis à des chargements mécaniques et à des sollicitations thermiques. L’esprit de cette étude provient de la pratique de l’exploitation des huiles lourdes avec la technique d’injection de vapeur à haute température où les roches de réservoir sont soumises à des sollicitations thermiques et hydromécaniques couplées. L’enjeu est d’étudier le comportement hydromécanique de ces matériaux soumis à des variations importantes de température afin d’évaluer la stabilité mécanique des réservoirs. L’étude expérimentale contient des modifications d'une cellule triaxiale autonome et auto compensé à haute température (250 C°) ainsi que le système de pilotage, le système de mesure et d’étalonnage de déformations. Ces modifications sont importantes pour effectuer des tests hydrostatiques, uniaxiaux et triaxiaux servaient à obtenir une base des données expérimentales, cette base caractérise l’effet thermique sur le comportement mécanique des roches argileuse.Le cadre général de la modélisation est d’abord proposé pour décrire le comportement mécanique d’argilite dans le cas isotrope. Après une analyse détaillée des données expérimentales, un modèle spécifique élastoplastique couplé à l’endommagement est élaboré pour décrire le comportement mécanique. Ensuite l’effet de la température est pris en compte. Les comparaisons entre les simulations numériques et les données expérimentales ont montré la capacité du modèle proposé pour la description du couplage hydromécanique et thermique. Afin de décrire le comportement des roches anisotrope, nous avons proposé une extension du modèle en y introduisant une formulation de tenseur de fabrique Cette formulation est exprimée en termes d'invariants couplé aux tenseurs de contraintes et d’orientation de chargement. Des essais en laboratoire sous différents chemins de sollicitations ont été modélisés, le modèle proposé semble décrire correctement les principales réponses mécaniques des matériaux<br>We proposed, in this work, an experimental and numerical study of mechanical behavior of shale rocks subjected to mechanical and thermal loads.In the petroleum industry, during the production of heavy oil with the technique of steam water injection at high temperature, the cap rocks are subjected to coupled thermal and hydro-mechanical solicitations. The challenge is to study the hydro-mechanical behavior of these materials subject to large variations in temperature in order to assess the mechanical stability of the reservoir. The experimental study includes the modifications in a triaxial cell in ordre to support a high temperature (250° C). These modifications are very important for hydrostatic, uniaxial and triaxial tests, all these tests are used to obtain an experimental data base characterizing the thermal effect on the mechanical behavior of shale rocks.The modeling framework is proposed at first to describe the mechanical behavior of shale rock in isotropic case. After a detailed analysis of experimental data obtained in the experimental section, a specific coupled elastoplastic-damage model has been developed to describe the mechanical behavior of these shale materials. The effect of temperature is taken into account and a comparison between numerical simulations and experimental data have shown the ability of the proposed model for the description of thermo mechanical coupling. To describe the behavior of anisotropic rocks, we have proposed an extension of the fabric tensor model to present the initial anisotropy of shale rock. This formulation is expressed in terms of invariant stress tensor coupled with loading orientation. Laboratory tests under different stress paths were modeled, the proposed model seems able to describe correctly the main mechanical responses of shale materials