Mesures spécifiques aux domaines des géosciences : digitalisation d’étalons rocheux avec le HandySCAN 3D

Total SA France, via sa filiale Total Exploration et Production Alternative Subsurface Data (Total E&P ASD), a récemment construit un centre de mesures physiques ouvert aux fabricants d’instruments de mesure dans les forages et aux opérateurs d’acquisition de données. Ce centre de métrologie, dédié à l’étalonnage et à la qualification de sondes diagraphiques*, permettra à ces sociétés d’être techniquement validées pour effectuer ces mesures spécifiques aux domaines des géosciences.

Le projet​

Digitalisation d’un étalon rocheux avec le scanner HandySCAN 3D : Présence d’une cage de digitalisation permettant une économie de temps sur le collage des cibles de positionnement

La digitalisation 3D a été utilisée pour numériser les étalons rocheux du centre d’étalonnage et ainsi calculer leur volume. Ces roches proviennent de différentes carrières et ont des caractéristiques physiques et chimiques qui leur sont propres. Ces digitalisations aident Total à caractériser et valider ces roches afin qu’elles deviennent des étalons de référence pour l’étalonnage des sondes. Des calculs du volume sont nécessaires à la quantification de la porosité** des étalons rocheux. La digitalisation a aussi permis le contrôle qualité de la découpe des blocs chez le marbrier. En effet, les étalons sont composés d’un ensemble de 8 blocs rocheux octogonaux, empilés les uns sur les autres. Un carottage central d’une vingtaine de centimètres permet l’insertion de la sonde dans l’étalon. Il est indispensable que la découpe des blocs soit exacte.

• D’une part, la planéité des surfaces supérieures et inferieures de chaque bloc, permet de minimiser les volumes des interfaces appelés « volumes de fractures » (volume de vide augmentant la porosité de l’étalon). Ces déformations de surfaces, liées à la qualité de la découpe sont de l’ordre de 1 à 2 millimètres.
• D’autre part, le parallélisme entre ces surfaces est quantifié par des cartes d’épaisseur de chaque bloc. Ce contrôle est essentiel pour s’assurer de la bonne verticalité des étalons ainsi que de l’alignement du carottage central.

Technologie de digitalisation

Scan 3D d’un bloc rocheux octogonal

Exemple de cartographie d’épaisseur sur le logiciel Geomagic

La digitalisation est réalisée avec le scanner portable HandySCAN 3D de Creaform ainsi qu’une suite de 3 logiciels :

VXelements permet l’acquisition d’un nuage de point 3D représentant la géométrie des étalons rocheux.

Geomagic pour le contrôle qualité et traitement des données ainsi que la réalisation des cartographies de planéité et d’épaisseur.

Polyworks pour travailler sur l’empilement des galettes rocheuses et déterminer les volumes de fractures entre les différents blocs.

Ce nouveau projet permet à Total de découvrir un nouveau type de numérisation.  Cela leur permet d’avoir une mesure à l’échelle, continue, représentative de l’ensemble de l’étalon. D’autres techniques auraient été possibles, mais avec des incertitudes sur les résultats finaux supérieures. Pierre Chuilon, Responsable technique de TEP ASD explique : « L’aspect portabilité du scanner HandySCAN 3D était un des points décisifs pour notre investissement. Nous l’utilisons non seulement dans notre centre d’étalonnage mais l’amenons aussi sur le terrain en carrière ou à la marbrerie. »

Photo réelle de cuvelages perforés et carte de variation 2D déroulée à partir d’une image 3D du diamètre externe d’un cuvelage perforé (en mm)

Silo contenant deux étalons rocheux composés de 8 blocs octogonaux de références empilés les uns sur les autres et carottés en leur centre. Dans ce carottage est introduit la sonde diagraphique à étalonner.

Monsieur Chuilon poursuit : « Notre expérience sur les étalons rocheux nous a conduit à digitaliser d’autres éléments entrants dans notre système d’étalonnage, comme les cuvelages. En effet, le carottage central peut être équipé d’un tube en acier qui représente le cuvelage*** des puits. Ce dispositif constitue un écran entre la sonde et les formations rocheuses. Il est, donc, nécessaire qu’il soit pris en compte dans l’étalonnage.

* Sonde diagraphique : outil de mesure permettant de mesurer les propriétés physiques des roches traversées lors d’un forage.

** Porosité : Fraction du volume rocheux occupée par du vide. Dans le sous-sol, la porosité est occupée par un ou des fluides (eau, huile ou gaz)

*** Cuvelage :  tube de protection en acier permettant la consolidation et l’intégrité du puits ou du forage