Mesure de la perméabilité

TP N°=02 DEPETROPHYSIQUE
LA PERMEABILITE
INTRODUCTION :
Où l'eau de pluie s'évacue-t-elle ? Elle peut ruisseler dans les rivières et les fleuves, les
gouttières et les égouts, former des flaques ou être absorbée par le sol. Bien que la roche,
le sable et la terre soient des solides, ils sont constitués de grains séparés par des
interstices, appelés pores. L'eau peut circuler entre ces pores. La « porosité » mesure la
quantité d'espace dans un solide. (Pour en savoir plus sur la porosité, consultez
l'expérience sur le pouvoir d'absorption de la roche.)
Une autre mesure importante est la perméabilité, c'est-à-dire la vitesse à laquelle un fluide
pénètre les pores d'un solide. Si la terre a une grande perméabilité, elle absorbera
facilement l'eau de pluie. En cas de faible perméabilité, l'eau de pluie aura tendance à
s'accumuler à la surface ou à ruisseler si la surface n'est pas plate.
DEFINITION DE LA PERMEABILITE :
Est l’aptitude des roches à laisser circule les fluides contenus dans ces pores c'est une
Caractéristique intrinsèque du matériau indépendante du fluide. On appelle aussi
Conductivité hydraulique (ou coefficient de perméabilité) le rapport entre cette
Perméabilité et la viscosité du fluide (généralement le fluide est l'eau). Plus un milieu est
Perméable plus le fluide s'écoulera vite.
Il ne faut pas confondre la perméabilité avec la porosité qui se rapporte elle au volume du
vide par rapport au volume total. Une perméabilité élevée exige une bonne porosité mais
l'inverse n'est pas vrai. Une roche très poreuse peut avoir une perméabilité très faible
(argiles par exemple) car cette porosité n'est pas interconnectée. Elle ne doit pas être
confondue non plus avec la capacité d'absorption d'une matière.
On peut calculer la perméabilité d'une roche grâce à la loi de Darcy (1856), qui relie le
débit Q à la perméabilité k via le gradient hydraulique i, la surface S et l'intervalle de
temps considéré.
-D’après les l’études de la filtration des eaux, on à montré expérimentalement que le
Débit
Par unité de surface est proportionnelle à la différence de pression
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Q
 a.p
S
LA PERMEABILITE
Et cette loi est annoncée par Darcy
L'imperméabilité, notion inverse de la perméabilité, s'emploi plus couramment dès
lors qu'il s'agit d'objets usuels. Le terme s'applique notamment aux matières en contact
épisodique mais régulier avec l'eau, par exemple pour désigner la capacité des tissus ou
des façades de bâtiments à empêcher la pénétration de l'eau de pluie. On utilise aussi ce
terme pour parler de la capacité à empêcher le passage de l'air ou de poussières .

Comparaison de la perméabilité de deux roches :
La perméabilité correspond à la vitesse à laquelle l'eau circule au sein de la roche.
Très simplement il est possible de comparer la perméabilité de deux roches
sédimentaires. Il s'agit de mettre dans deux entonnoirs deux mêmes volumes de roche et
de verser le même volume d'eau, enfin de comparer après un temps donné le volume
d'eau ayant traversé ces roches.
LA LOI DE DARCY :
En prenant en considération la viscosité du milieu, la perméabilité écrite pour une
Tranche dx de section S, traversée par un fluide perpendiculairement à ces faces par le
Débit Q avec un fluide de viscosité  sous l’influence d’une différence de pression p
, la génération de la loi darcy s’écrit donc :
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LA PERMEABILITE
P+ p
P
Q
SK P
.
 X
K : perméabilité de la roche
La loi de darcy suppose que :
-qu’il n’y a pas de réaction entre fluide et la roche
- qu’il n’y a qu’un seul fluide présent
La perméabilité est exprime en darcy. m 2 .cm 2 .cm / s
-pou obtenir le darcy il faut exprimée : la viscosité en Cp0 et dx en centimètre et S en
(Cm 2 ) et Q en Cm 3 /s et p en atm
Les types des perméabilités :
1-Perméabilité absolue :
C’est la perméabilité propre à un seul fluide présent dans la roche par ex : perméabilité à
l’air, à l’huile ……etc
Autrement dit, c’est donc la perméabilité monophasique.
2-Perméabilité effective :
C’est la perméabilité d’un fluide en présence d’un autre fluide quand la saturation n’est
pas égale à 100 % pour l’un des deux fluides présents. Ce que signifie que la perméabilité
d’un fluide est en fonction de la saturation du deuxième fluide
3-Perméabilité relative
C’est le rapport entre la perméabilité effective et spécifique (absolue)
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LA PERMEABILITE
. Mesure de la perméabilité
L'écoulement des eaux souterraines est régi par la loi de Darcy établie expérimentalement
en 1856 (définition de la perméabilité).
a- Dispositif expérimental :
On considère un tube cylindrique de section S rempli d'une roche meuble sur une hauteur
L dans lequel on fait circuler de l'eau sur une hauteur totale H (dispositif à niveau
constant).
Lorsque le milieu est saturé en eau, on a :
débit d'entrée Qe = débit sortie Qs = Q
L'équation de Darcy s'écrit :
Q = k.S.∆H/L
Donc le débit Q (m3.s-1) est proportionnel à S et ∆H et inversement proportionnel à L.
k correspond au coefficient de perméabilité de Darcy = perméabilité (m.s-1)
S = surface (m²)
∆H = perte de charge (m)
La perméabilité (K), correspond à la conductivité hydraulique, ce paramètre hydraulique
est le volume d'eau qui percole pendant l'unité de temps à travers l'unité de surface d'une
section et ceci à la température de 20°C.
K ( m/s ) = Q / S x I
Q = débit ( m3/s ), S = surface (m2) et I le gradient hydraulique.
le gradient hydraulique I = ∆H / L
De façon simple, on peut calculer k = L X V / (L + H) x V
Remarque : la perméabilité de Darcy est utilisée uniquement quand on s'intéresse à
l'exploitation de nappes libres.
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∆H = perte de charge (m)
I =∆H/L
Loi de Darcy Q = k.S.∆H/L
Pour une longueur d'aquifère L et pour une section supposée constante S
*Mesure de la perméabilité des matériaux peu cohérents :
L'expérience de Darcy consiste à mesurer un débit et un gradient de charge qui permet de
calculer une perméabilité grâce à la formule précédente. Cette expérience a été
développée au départ pour des sables ou des matériaux peu cohérents.
L’échantillon est dans un tube de rayon R, et soumis à un gradient de charge du à la
différence de hauteur d’eau dans les deux réservoirs amont et aval, dont les niveaux sont
maintenus constants. Le sens d’écoulement est inverse au gradient de charge. Ce gradient
de charge peut également être déterminé grâce à la mesure de la différence de hauteur
d’eau (DH) dans deux tubes piézométriques distant de L.
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LA PERMEABILITE
*Mesure de laperméabilité des matériaux consolidés et moins perméables :
L’essai consiste à injecter un fluide sous pression (P1 ) et à mesurer la pression (P2 ) et le
débit (Q) en sortie de l’éprouvette. Le gradient de pression est (P1-P2)/L. Connaissant le
rayon de l’éprouvette, il est facile de calculer la perméabilité.
*Mesure de laperméabilité des matériaux très peu perméable :
La mesure d’un débit devient très difficile. La technique du pulse est alors utilisée. Il
s’agit de mesurer la décroissance en fonction du temps de la pression appliquée en tête de
l’échantillon, au prix de certaines suppositions sur la morphologie du réseau poreux il est
possible d’en déduire une valeur de perméabilité.
Une section du puits est rendue étanche grâce à la mise en place de « bouchons »
gonflables, les packers, qui obturent le puits à deux profondeurs différentes définissant la
zone d’injection de longueur L et de rayon R. Un fluide est injecté sous pression entre les
deux packers. Le centre du dispositif se situe à une distance H de la surface du réservoir
d’injection.
Le débit mesuré correspond au fluide (Q) qui s’écoule dans le massif entre les deux
packers. Au cours de ces essais la perméabilité est calculée :
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LA PERMEABILITE
*Mesure de la perméabilité à partir d’essais de pompage :
Le dispositif utilise des piézomètres qui permettent de mesurer la profondeur de la
surface libre de la nappe (dans le cas d’une nappe libre).
Au cours d’un essai de pompage, une déformation de la surface libre de la nappe est
observée autour du puits de pompage : c’est le rabattement. L’importance du rabattement
dépend, entre autres paramètres, de la perméabilité de l’aquifère. La perméabilité
s’exprime par :
*Méthode de resine :
présente invention concerne une méthode et des dispositifs expérimentaux pour évaluer,
avec le même appareillage et dans le même temps, la porosité et la perméabilité absolue
de tout milieu poreux naturel ou artificiel fragmenté et notamment d'une zone d'un
gisement souterrain d'hydrocarbures ou autres fluides, à partir d'échantillons de roche
prélevés dans ce milieu. Il s'agit par exemple de fragments obtenus lors d'opérations de
forage de puits : déblais de forage ou obtenus par concassage d'échantillons plus gros :
carottes ou carottes latérales prélevées dans un puits.
Suivant une première méthode connue pour réaliser la mesure de perméabilité, le
morceau de roche est préalablement enrobé dans de la résine. On découpe une tranche de
faible épaisseur dans la roche enrobée et on la place dans une cellule de mesure. Elle
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LA PERMEABILITE
comporte des moyens pour y injecter un fluide sous pression à débit contrôlé et des
moyens de mesure de la perte de charge créée par l'échantillon. Comme la résine est
imperméable, la perméabilité absolue est déduite de l'équation de Darcy en tenant compte
de la surface réelle occupée par les fragments de roche.
Quelques résultats :
Roches poreuses
Sable et gravier
Sable fin
Argile
Craie
Calcaire (fissuré)
perméabilité (m/Jour)
1000 à 10
100 à 0,1
< 0,1
100 à 1
<1
CLASSIFICATION DES PERMEABILITE :
Les gisements d’hydrocarbures peuvent avoir une perméabilité primaire nommée
perméabilité de matrice et une perméabilité secondaire.
A perméabilité de matrice est à l’origine pendant le dépôt et le durcissement des
sédiments.
Par contre la perméabilité secondaire résulte à partir de l’altération de la matrice rocheuse
par : compaction, cimentation, fracturation, lessivage.
La compaction et la cimentation réduisent la perméabilité primaire par contre la
fracturation et lessivage tendent à accroître la perméabilité primaire.
Porosité 30 % KH=1000mD
Kv= 600 mD
Grais de sable propre
Porosité 20 % KH=100mD
Kv= 25 mD
Grais de sable avec une cimentation
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LA PERMEABILITE
Des particules argileuses
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