OPTIMISATION DES PARAMETRES DE FORAGE Réalisé par : Youssef Naoui Mouad Bellamm
OPTIMISATION DES PARAMETRES DE FORAGE Réalisé par : Youssef Naoui Mouad Bellammou Option : mines et carrières 2 Encadre par : Mr Zouhair Houman Mr Mustapha Oubaha PAGE 2 PAGE 3 Remerciement Nous tenons à remercier en premier lieu l’équipe pédagogique de l’institut des mines de Marrakech pour leur efforts afin de réussir notre formation présentielle pendant cette pandémie Sans autant oublier nos encadrants chargés du suivi notre travail : Mr ZOUHAIR HOUMANE et Mr MUSTAFA OUBAHA , nous voudrions leur présenter nos sincères reconnaissances ,pour l’attention et l’aide qu’ils nous ont accordés, et critiques à guider nos réflexions . 1.1.1.1 PAGE 4 Le forage est une technique ancienne qui date de plus de 3000 ans. Elle est originaire de chine où des morceaux de bambous attachés à un poids lourd permettaient de forer des puits d’eau. Aujourd’hui, il existe deux grandes approches du forage : Le forage manuel réalisé avec des outils manuels pour des puits peu profonds jusqu’à 40 m de profondeur. Le forage mécanisé avec l’aide d’équipements légers ou de plateforme de forage et d’équipements lourds grâce auxquels il est possible d’atteindre de grandes profondeurs. 1.1.1.1 Introduction : 2 Le forage : Le forage est un ensemble d’opérations qui permettent, par le biais d’un procédé mécanique, de creuser un trou de diamètre centi à décimétrique, utilisé à des fins scientifiques et /ou économiques. 2.1.1 Techniques de forage : A.Battage : C’est une technique très ancienne, la perforation s'effectue à l’aide d’un câble muni à sa base d’un outil appelé trépan de forme soit monolame, bilame ou cruciforme, de diamètre variant entre 300 à 1200 mm. Cet outil est suffisamment lourd (400kg à 3 tonnes) pour qu’il puisse donner au câble une extension parfaite et pour minimiser tant que possible les déviations du trou. L’avancement de l’outil est régi par des mouvements de percussions qui lui sont transmis par le câble. Cette technique de forage nécessite une injection de l’eau, depuis le début de la pénétration jusqu’ à la rencontre de la première venue d’eau, et ceci pour refroidir et lubrifier l’outil qui s’échauffe au cours de sa traversée des formations géologiques. Cette méthode de forage ne peut pas pénétrer des roches très dures telle que les basaltes et ne peut pas dépasser une dizaine de mètre de profondeur. PAGE 5 PAGE 6 B. Rotary : Lors d’un forage par rotary, la perforation s'effectue d'une manière rotative avec un matériel lourd. La dislocation se fait par abrasion et broyage du terrain, par le biais d'un outil appelé tricône et par roto percussion à l’aide d’un outil assemblé au marteau, appelé taillant, l'évacuation des déblais se fait par la circulation, directe ou inverse du fluide (air, boue, eau). L’efficacité de cette technique dépend principalement de la performance du matériel utilisé. Système à circulation directe : Le fluide (air, eau ou boue) est injecté en continu sous pression à l'intérieur du train de tiges à l'aide d'un compresseur, s'il s'agit de l'air, et à l'aide d'une pompe, s'il s'agit de l'eau ou bien d'une boue spéciale ; et il sort par les orifices de l'outil puis il remonte à la surface à travers l'espace annulaire PAGE 7 Système à circulation inverse : La circulation inverse, permet de régler certains problèmes qui se posent au système conventionnel (circulation directe) par exemple : perte de boue ou d'air, la nécessité de puissants compresseurs, contamination des cuttings… ; La circulation inverse consiste à injecter le fluide sous pression à travers de l’espace annulaire du train de tige à double tube, puis récupérer l’ensemble (fluide & déblais) par l'intérieur du tube central 2.1.2 Les différents types des outils de forage : C.Les outils à molettes Il existe plusieurs types d’outils à molettes, citant : Les bicônes (2 cônes) et les tricônes (3 cônes). Le tricône (outil à 3 molettes) est le plus utilisé. Il est constitué de trois cônes tournant de façon indépendante et montés sur trois bras réunis entre eux par soudure constituant le corps de l'outil. Les éléments de coupe font partie de la molette ; sont : Des dents usinées dans le cône. Des picots de carbure de tungstène emmanchés en force dans des perçages à la surface du cône : PAGE 8 Le mode de fonctionnement : Sous l’effet de la compression, la dent pénètre dans la roche et l’éclate. En tournant sur elle-même sous l’effet de la rotation, la molette ripe la roche et arrache le copeau. L’effet d’éclatement et de ripage sont complémentaires et varient en fonction du terrain : le ripage dans le cas d’un terrain tendre est plus important que dans un terrain dur, tandis que l’éclatement dans un terrain dur est plus grand que dans un terrain tendre D.Les outils à éléments de coupe fixes : Le diamant (carbone cristallisé) est le matériau le plus dur que l'on connaisse parmi les minéraux. Sa résistance à l'écrasement est de l'ordre de 80.000 bar (carbure de tungstène : 50.000 bar ; acier C. 45 : 15.000 bar) [4]. C’est la substance La plus résistante à l’usure (10 fois plus que le carbure de tungstène). Il a le plus faible coefficient de friction (le diamant est plus glissant que le téflon). C’est le meilleur conducteur de chaleur. Les outils à diamant sont utilisés pour forer les formations très dures et abrasives. On en distingue 03 types principaux : À diamants naturels PAGE 9 À taillant PDC (Pollycristallin diamond compact : diamant polycristallin). A taillant TSD (thermally stable diamant: diamant thermostable). Les outils imprégnés PAGE 10 Mode de fonctionnement: Le diamant naturel abrase la roche et travaille comme une macro meule, les diamants polycristallins cisaillent la roche en découpant des copeaux comme un outil de tournage des métaux. La forme de tous ces outils de forage est monobloc ce qui leur confère une certaine solidité. 2.2 Paramètres de forages: 2.2.1 Introduction: Le choix des paramètres de forage non judicieux, ou plus simplement non précis, entraîne une augmentation du coût de forage, qui en absolue, représente un prix important. C’est donc dans le but de réduire les dépenses correspondantes par un choix optimal des paramètres, On appelle les paramètres de forage les différents facteurs qui conditionnent la vitesse d'avancement d'un outil de forage. 2.2.2 Paramètres mécaniques: Type et conception de l’outil : Le choix de l’outil est un facteur essentiel pour l’avancement du forage à cause des duretés variables des formations géologiques du terrain et de la très grande PAGE 11 variété des types d’outils utilisés. Le nombre, la taille, la forme des dents et la conception des dusses sont des caractéristiques qui influent sur l’avancement de l’outil et par conséquent il n’est pas facile de choisir le meilleur outil pour le terrain Poids sur l'outil ou WOB (Weight On Bit): Le Poids sur l’outil représente un effort longitudinal de compression suivant l’axe de révolution du trépan cet effort permet aux taillants de s’incruster dans la roche et il est souvent utilisé de façon à tirer profit du poids des masses tiges. La valeur du poids dépend de la dimension et du type de trépan, de sa vitesse de rotation et du type de formation à forer. Une partie de ce poids provient de l’hydraulique créée par l’injection du fluide qui transite par les trains de tiges. Le poids sur l’outil (WOB) c’est un paramètre à calculer selon un principe physique, prenant en considération le poids de la garniture libre (WOHL) et le poids de la garniture durant le forage (WOHF). WOB= WOHL – WOHF La charge de toute la garniture est supportée par le corps du cône qui s’applique contre la formation et il en résulte une diminution de la vie de l’outil. Cette charge est d’autant plus importante dans les terrains de plus en plus durs le range maximale et minimale du poids sur l’outil (WOB) est limité par le constricteur. PAGE 12 Poids sur l’outil Vitesse de rotation ou RPM (révolution per minute) C’est la vitesse de rotation de l’outil autour de son axe de révolution, cette vitesse est appliquée à la garniture en surface et son choix dépend de celui du WOB. A cause de la grande élasticité du système, la vitesse de rotation de l’outil au fond du puits peut être différente de la vitesse en surface. La vitesse de rotation croît en fonction de la dureté de la formation et le paramètre torque. Et peut être limitée également par la vibration qui affectent la garniture de forage (phénomène de résonance qui peut être la cause de fatigues et de ruptures). Le couple exercé sur l'outil TOB (Torque On Bit) Le couple exercé sur l'outil correspond au couple transmis par la garniture au trépan suivant la révolution de son axe de rotation. Compte tenu des frottements des trains de tiges contre la paroi du forage, ce couple est nettement inférieur à celui mesuré en surface. Le couple TOB représente les effets combinés du couple réactif et des forces des frottement non linéaires sur uploads/s3/ memoire-finale.pdf
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