CARACTÉRISATION RHÉOLOGIQUE ET MODÉLISATION STRUCTURELLE DES SYSTÈMES ARGILE-POLYMÈRE APPLICATION AUX FLUIDES DE FORAGE

摘要

The rheological behaviour of clay-polymer systems that are currently used in the formulation of drilling fluids was studied. A specific experimental procedure was used to account for thixotropic effects and obtain, thus, reproducible results. In this way it was possible to determine intrinsic properties in the whole range, from solid behaviour below the yield stress to liquid behaviour at very high shear. These systems are shown to be characterised by very long time scales of structure recovery, by the existence of a minimum shear stress in the steady state flow curve and by important stress overshoots in transient flows. These effects can be completely masked, if standard testing procedures like the ones specified by the norms of the drilling industry are used. A recent structural constitutive equation that related thixotropic and viscoelastic properties to the formation and break-up of flocs was able to reproduce all the observed phenomena. Its ability to describe structural changes under shear or at rest as well as the associated stress growth makes it an attractive tool to use in order to improve hydraulic predictions in drilling.%Le comportement rhéologique des systèmes argile-polymère couramment utilisés dans les formulations des fluides de forage est examiné dans cet aricle. Un protocole d'essai adapté à leur nature thixotrope qui permet d'effectuer des mesures reproductibles est mis au point. Les propriétés intrinsèques du matériau sont ainsi déterminées sur toute la gamme de sollicitations : du comportement solide aux faibles déformations au comportement fluide aux taux de déformations intenses. Il est montré que ces systèmes sont caractérisés par des temps de restructuration longs, par des rhéogrammes en régime permanent présentant un minimum de contrainte et par des dépassements importants de la contrainte lors des essais transitoires. Ces effets peuvent être complètement masqués par des procédures d'essai préconisés par les normes en vigueur dans le forage. Une loi de comportement structurelle récente qui relie les propriétés thixotropes et viscoélastiques du matériau aux mécanismes de création et de rupture des flocs peut reproduire l'ensemble des phénomènes observés. Sa capacité de décrire le changement de structure au sein du fluide sous écoulement ou au repos et les variations associées de la contrainte permet d'envisager une meilleure modélisation de l'hydraulique du forage.