Détermination par fracturation hydraulique de l’état de contrainte à faible profondeur dans les roches élastiques et peu perméables

Determination by hydraulic fracturing of the state of stress at shallow depth in elastic and low permeable rocks

TOTAL-C.F.P. Centre de Recherches — Domaine de Beauplan, route de Versailles, 78470 Saint Rémy les Chevreuse, France

Résumé

Cet article présente une nouvelle méthode de mesure de l'état de contrainte en surface en utilisant la fracturation hydraulique. Il est tout d'abord démontré que même en surface, il est possible d’obtenir des fractures verticales, ceci dépendant surtout du type d'obturateurs employés. Deuxièmement, partant des équations classiques de la fracturation hydraulique, on montre que seule la pression de fermeture est directement applicable en surface. De ce fait les trois inconnues que sont les deux contraintes horizontales et l'azimuth de l’une d'entre elles ne peuvent être évaluées qu’à partir de fractures d’orientations différentes. Deux méthodes sont alors présentées pour y arriver : soit l’utilisation de discontinuités naturelles, soit la modification de l’état de contrainte autour du puits à l’aide de vérins courbes. Des essais effectués au fond d'une exploitation à ciel ouvert prouvent la validité de la méthode.

Abstract

This paper presents a new method of determining the state of stress at shallow depth. It is first shown that even at very low depth the fractures can be vertical, depending on the type of packer used. Secondly, a recall of the classical hydraulic fracturing shows that the only valid equation at shailow depth is the “instantaneous shut-in pressure”. The three unknowns (two horizontal stresses and their azimuth) can be evaluated only if several different fracture orientations are created. Two methods are presented: either using of natural discontinuities or the modification of the state of stress around the wellbore with curved jacks. Experimental tests performed at the bottom of a quarry have proved the validity of the method.