Recherche Avancée

Thèse soutenue

Étude expérimentale du comportement des suspensions de bentonite au cours des forages

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Auteur / Autrice : Hongmin Jin
Direction : Jean-Maurice Cases
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géosciences et matières premières
Date : Soutenance en 1994
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement et minéralurgie (Vandoeuvre-les-Nancy)
Jury : Président / Présidente : Jean-Maurice Cases
Rapporteurs / Rapporteuses : Charles-Henri Pons

Résumé

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Les objectifs de cette thèse sont de décrire les propriétés de la montmorillonite dans les conditions des forages (contraintes de pression, de température, d'échange ionique) et d'examiner le rôle de ces facteurs dans la formation et la fixation des amalgames de bourrage. L'étude se compose de trois parties: - La microstructure des suspensions d'argile. La diffusion des rayons X aux petits angles, et la diffusion quasi-élastique de lumière ont permis de déterminer l'évolution de la structure des suspensions de montmorillonite homoionique Na soumise à des échanges ioniques partiels par K et Ca, et après traitement thermique à 200°C. On observe avec l'échange ionique une augmentation de l'ordre interne aux particules, faisant passer le système d'une structure de gel à celle d'une suspension particulaire. Le traitement thermique provoque dans tous les cas une division irréversible des particules initiales dans le plan des feuillets au niveau de la porosité lenticulaire. - L'interface argile-outil. Afin d'examiner l'hypothèse de l'adhésion de l'argile sur l'outil par interaction électrostatique, les propriétés électrocinétiques de la montmorillonite ont été caractérisées par électrophorèse, et l'adhésion a été étudiée qualitativement par voltamétrie. Quelles que soient les conditions (pH, nature et concentration des cations, additifs organiques), la montmorillonite se charge toujours négativement. Il n'y a pas d'adsorption forte de l'argile sur la surface de l'outil de forage. - Analyse d'un essai de bourrage. Afin de déterminer le rôle de l'argile dans le bourrage, des amalgames récoltés sur les outils après bourrage expérimental ont été observes en MEB. L’argile n'est pas présente en quantités détectables dans les amalgames et n'est pas responsable de leur cohésion. L’observation du contact métal/produit bourré ne montre également pas d'argile adhérente. Pour la roche calcaire le forage peut provoquer la formation de fines particules de carbonate, et donc une sursaturation du milieu. Les fortes pressions exercées par l'outil peuvent évacuer l'eau non liée au solide. Ces phénomènes peuvent conduire à la formation de produits fortement cohérents