Technical Report NTB 87-21

Analysis of long-term pressure recovery data from the Böttstein, Weiach, Riniken and Leuggern boreholes

Les résultats du programme d'observation à long terme des forages de Böttstein, Weiach, Riniken et Leuggern sont présentés pour les données disponibles au 1er septembre 1987. L'interprétation a porté sur la conductivité hydraulique des intervalles, leur pression hydrostatique et le potentiel hydraulique correspondant. Au total, 22 intervalles ont été étudiés, dont 12 sont situés en roche cristalline. Pour 20 intervalles, on a déterminé les pressions hydrostatiques et calculé le potentiel hydraulique équivalant à une colonne d'eau douce. L'incertitude due à l'imprécision des dispositifs de mesure a été estimée pour les valeurs de potentiel, sous la forme d'un intervalle de confiance de 95 %. La conductivité hydraulique a été déterminée pour 7 des intervalles étudiés.

Le forage de Böttstein a été effectué d'octobre 1982 à juin 1983. Le programme d'observation à long terme a commencé en janvier 1984, avec l'installation d'un système de 8 obturateurs permettant d'isoler 8 intervalles d'observation. L'intervalle supérieur (zone 1) est en contact avec le Buntsandstein grâce à des perforations dans le casing. Les 7 autres intervalles sont en contact avec le cristallin, dans le forage nu. Des jauges de pression ont été installées sur des tubes d'observation reliés aux zones 2, 3, 5, 6, 7 et 8, et sur la colonne de tubage reliée à la zone 4. L'interprétation a fourni des valeurs, pour les pressions hydrostatiques en tête du forage, qui augmentent de 170 kPa pour la zone 1 à 740 kPa pour la zone 8. Rapportées au centre des intervalles, ces pressions se situent entre 3334 kPa et 14597 kPa. Les potentiels hydrauliques correspondant, calculés pour une colonne d'eau douce, se situent entre 364.4 et 416.5 m.s.m. Ils sont tous plus élevés que le terrain, situé à 347.46 m.s.m. L'écart-type des valeurs de potentiel varie entre 0.19 m (zone 2) et 0.44 m (zone 8). Il est fortement dépendant de l'incertitude sur les valeurs de température dans le forage, et augmente en général avec la profondeur. La conductivité hydraulique a été calculée pour les zones 2, 3, 4, 5 et 7. Elle se situe entre 2 × 10-14 et 3 × 10-7 m s-1.

Le forage de Weiach a été effectué de janvier à novembre 1983. Le programme d'observation à long terme a commencé en avril 1985, avec l'installation d'un système de 6 obturateurs permettant d'isoler 7 intervalles. L'intervalle supérieur (zone 1) est en contact avec le Muschelkalk, et le suivant (zone 2) avec le Buntsandstein, puis les suivants (zones 3 et 4) avec le Rotliegendes supérieur et inférieur, tous quatre grâce à des perforations dans le casing. Les autres intervalles (zones 5, 6 et 7) sont en contact avec le cristallin dans le forage nu. Des jauges de pression ont été installées sur des tubes d'observation pour les zones 2, 3, 5, 6 et 7, et sur la colonne de tubage pour la zone 4. La zone 1, formée par l'espace annulaire entre la tête de forage et le premier obturateur, est contrôlée par un tube piézométrique. La pression de formation a été estimée pour les zones 1, 2, 3, 5, 6 et 7, en tête de forage, à des valeurs allant de 455 à 850 kPa. Rapportées au centre des intervalles, ces pressions se situent entre 7970 et 23270 kPa. Les potentiels hydrauliques correspondant, calculés pour une colonne d'eau·douce, se situent entre 344.0 et 452.2 m.s.m. Seule la valeur de la zone 1 est moins élevée que le terrain, situé à 368.66 m.s.m. L'écart-type des valeurs de potentiel est le plus élevé des 4 forages. Il augmente de 0.41 m pour la zone 1 à 2.60 m pour la zone 7. La conductivité hydraulique a été calculée pour les zones 3 et 5, à 3 × 10-10 et respectivement 2 × 10-12 m s-1.

Le forage de Riniken a été effectué de juin 1983 à janvier 1984. Le programme d'observation à long terme a commencé en juillet 1985, avec l'installation d'un système de 5 obturateurs permettant d'isoler 5 intervalles d'observation (zones 1 à 5, de haut en bas). Les zones 1 à 3 sont en contact avec le Schilfsandstein, le Muschelkalk et le Buntsandstein, grâce à des perforations dans le casing. Les zones 4 et 5 sont en contact avec le Rotliegendes, la zone 4 au moyen de perforations dans le casing, et la zone 5 dans le forage à nu. Une jauge de pression a été installée sur un tube d'observation relié à la zone 1. Les 4 autres zones sont contrôlées par des tubes piézométriques. La pression de formation en tête du forage a été estimée à 745 kPa pour le Schilfsandstein. Rapportées au centre des intervalles, les pressions de formation, calculées à partir des valeurs de la jauge et des niveaux piézométriques, se situent entre 5867 et 16558 kPa. Les potentiels hydrauliques correspondant, calculés pour une colonne d'eau douce, se situent entre 353.5 et 459.7 m.s.m. Seul le potentiel de la zone 1 (Schilfsandstein) est plus élevé que le terrain, situé à 385.07 m.s.m. L'écart-type des valeurs de potentiel se situe entre 0.20 m (zone 2) et 0.90 m (zone 5). La conductivité hydraulique n'a pu être estimée pour aucune des zones d'observation du forage de Riniken.

Le forage de Leuggern a été effectué de juin 1984 à février 1985. Le programme d'observation à long terme a commencé en mai 1985, avec l'installation d'un système provisoire constitué de 3 obturateurs définissant 3 intervalles d'observation en roche cristalline (zones 1 à 3). Les zones 1 et 2, séparées par un obturateur amovible de type PIP (Production Injection Packer), ont été reliées à des jauges de pression en surface. La zone 3, isolée par deux obturateurs sans tubage (Bridge Plugs), a été équipée d'un enregistreur automatique de pression dont les données n'étaient pas disponibles au moment de l'élaboration du présent rapport. Les pressions de formation en tête du forage sont respectivement de 52 et de 80 kPa pour les zones 1 et 2. Rapportées au centre des intervalles, ces pressions s'élèvent à 8257 et 12231 kPa. Les potentiels hydrauliques correspondant, calculés pour une colonne d'eau douce, valent 363.1 m.s.m. pour la zone 1 et 364.7 m.s.m. pour la zone 2. Tous deux sont plus élevés que le terrain, situé à 358.80 m.s.m. L'écart-type des valeurs de potentiel est de 0.41 m pour la zone 1 et de 0.95 m pour la zone 2. La conductivité hydraulique n'a pu être estimée pour aucune des zones d'observation du forage de Leuggern.

L'incertitude des valeurs de potentiel liée aux imprécisions des dispositifs de mesure est exprimée sous la forme d'un intervalle de confiance de 95 % (± double écart-type). Cet intervalle de confiance est minimal pour la zone 2 de Böttstein avec ± 0.37 m, et maximal pour la zone 7 de Weiach avec ± 5.20 m. La principale source d'incertitude provient d'une connaissance insuffisante de la densité du fluide dans la colonne de mesure, qui dépend elle-même de la température du fluide dans cette colonne. La pression hydrostatique au centre des intervalles a été calculée à partir des données de surface, en intégrant la densité sur la profondeur, avec comme variables la température, la pression et la salinité. Le potentiel a ensuite été calculé pour une colonne d'eau douce de densité uniforme égale à 1000 kg/m3. L'incertitude sur la salinité contribue à l'incertitude sur la densité pour 3 des 4 forages. Toutefois, le facteur d'incertitude prédominant est lié à la température. Ceci est particulièrement vrai pour le forage de Weiach, où l'incertitude admise de ± 4°C peut générer une incertitude sur le potentiel pouvant atteindre ± 4.5 m.