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Chapitre II : Les techniques de forage Les différentes techniques de forage son

Chapitre II : Les techniques de forage Les différentes techniques de forage sont : 1- La technique de Battage C'est la plus ancienne technique, utilisée par les Chinois depuis plus de 4000 ans (battage au câble), elle consiste à soulever un outil très lourd (trépan) et le laisser retomber sur la roche à perforer en chute libre. Le forage par battage ne nécessite pas de circuit d’eau ou de boue, et seul un peu d’eau au fond de forage suffit. Il est tout indiqué pour les terrains durs surtout lorsque le terrain dur est en surface (il ne permet pas d'utiliser suffisamment de poids en Rotary) comme en terrains karstiques ou fissurés (pas de risque de perte de boue). Le battage se produit par le mouvement alternatif d’un balancier actionné par un arbre à came (ou bien un treuil : cylindre horizontal). Après certains avancements, on tire le trépan et on descend une curette (soupape) pour extraire les déblais (éléments broyés : cuttings). Pour avoir un bon rendement, on travaille toujours en milieu humide en ajoutant de l’eau au fond de trou. Le foreur de métier garde une main sur le câble et l’accompagne dans sa course, ce qui lui permet de bien sentir l’intensité des vibrations sur le câble ; et lorsque le fond de trou est encombré par les débris, celui-ci sera nettoyé par soupapes à piston ou à clapet. 1-2- Les différents procédés de battage a- Le procédé Pennsylvanien (procédé à câble): où le trépan est directement accrocher au câble sous une masse-tige (tige très lourde), il est bien développé aux USA. b- Procédé Canadien: dans ce cas, le trépan est fixé sous un train de tiges pleines. Il est surtout utilisé dans l’Europe de l’est. c- Procédé Raky (s’appelle aussi battage rapide): utilise des tiges creuses avec circulation d’eau. 1-3- Avantages du battage - Investissement moins important. - Energie dépensée faible. - Facilité de mise en œuvre. - Pas de boue de forage. - Récupération aisée d’échantillons. - Nécessite moins d’eau (40 à 50 l/h) et de n’importe quelle qualité. - La détection de la nappe même à faible pression est facile : la venue de l’eau à basse pression se manifeste directement dans le forage sans être aveuglée par la boue. - Pas de problèmes dans des zones fissurées (risque lié aux pertes de boue). 1-4- Inconvénients du battage - Le forage s’effectue en discontinue (forage puis curage de cuttings et ainsi de suite). - Forage lent. - Difficultés pour équilibrer les pressions d’eau jaillissante. - Absence de contrôle de la rectitude. - Pas de possibilité de faire le carottage. 2- La technique Rotary Elle est relativement récente, ses premières utilisations remontent au 1920. La technique rotary est utilisée spécialement dans les terrains sédimentaires non consolidés pour les machines légères, mais les machines puissantes de rotary peuvent travailler dans les terrains durs (pétroliers). Un outil appelé trilame (tricône) est mis en rotation depuis la surface du sol par l’intermédiaire d’un train de tiges. L’avancement de l’outil s’effectue par abrasion et broyage (deux effets) du terrain sans choc, mais uniquement par translation et rotation (deux mouvements). Le mouvement de translation est fourni principalement par le poids des tiges au-dessus de l’outil. La circulation d’un fluide (liquide visqueux : la boue) permet de remonter les cuttings à la surface. La boue est injectée à l’intérieur des tiges par une tête d’injection à l’aide d’une pompe à boue, et remonte dans l’espace annulaire en mouvement ascensionnel, en circuit fermé sans interruption. La boue tapisse les parois non encore tubées et les maintiens momentanément en attendant la pose de tubage. Un accroissement du volume de boue est l’indice d’une venue de fluide souterrain dans le forage (eau, huile, gaz). Une perte de volume indique une zone fissurée ou dépressionnaire (vide). Le forage en perte de circulation peut être dangereux pour la ligne de sonde et l’ouvrage. Le dépôt de la boue qui recouvre les parois d’une formation aquifère de faible pression peut gêner la détection de cette formation. 2-1- Paramètres de forage Pour avoir le meilleur rendement d’un atelier de forage rotary, il convient d’être très vigilant sur les trois paramètres suivants : - le poids sur l’outil : l’avancement s’accroîtra en fonction du poids sur l’outil (qui s’augmente en s’avançant par le montage au fur et à mesure de tiges), mais on est limité dans cette voie par l’usure rapide des lames et des dents et surtout par détérioration rapide des roulements des outils à molettes. Le contrôle du poids sur l’outil s’opère par le dynamomètre qui mesure la tension du brin (file) mort du câble, il donne le poids de tout ce qui est suspendu au crochet. - la vitesse de rotation : la plupart des appareils rotary sont munis d’un indicateur donnant la vitesse de rotation de la table (table de rotation). Dans les terrains durs, la vitesse de rotation sera faible ; elle sera plus élevée lorsque les terrains seront tendres. Cette vitesse qui se calcule en fonction de la vitesse des moteurs et le rapport des transmissions, devra être vérifiée par un appareil de contrôle. - le débit des pompes (à boue, à air) : la vitesse de remonter des cuttings doit se situer autour de 60 m/min. au minimum. Le choix de la puissance de la pompe et de son moteur sera conditionné par le volume total de boue à mettre en œuvre pour la plus grande profondeur du forage, en tenant compte des pertes de charge, de la viscosité de la boue et de dimensions des tiges. 3- La technique de la circulation inverse (rotary à circulation inverse) Le forage rotary est généralement limité au diamètre 619 mm (24’’), au-delà de celui-ci, les rendements sont moins bons et le coût des pompes à boue nécessaires pour assurer le nettoyage du forage devient prohibitif. La méthode de la circulation inverse permet au contraire, de forer en diamètres varier de 0,6m à 2,5m et plus. Dans ce cas, on utilise un trépan spécial (à tête plate) avec insertion de plaquettes de métal dur et un nombre suffisant de masse tiges pour assurer une charge importante sur le trépan. La circulation inverse consiste à l’injection du fluide de forage dans l’espace annulaire, et la remontée des cuttings se fait dans les tiges de gros diamètres. La circulation inverse peut être assurée par : - Soit par aspiration du mélange eau-cuttings à travers le train de tiges par une pompe d’aspiration (pompe centrifuge) - Soit par utilisation de l’air comprimé, qui consiste à alléger l’eau ou la boue par injection de l’air comprimé provoquant la remontée du mélange eau-cuttings à travers les tiges de gros diamètres. 3-1- Avantages - La perméabilité de la formation autour du trou est peu perturbée par le fluide de forage. - Les forages de grands diamètres sont exécutés rapidement et économiquement. - Pas de tubage pendant la foration. - Facilité de mise en place de la crépine. - Bons rendements dans les terrains tendres. - Consommation de l’énergie économique. 3-2- Inconvénients - Nécessite beaucoup d’eau. - Nécessite un grand investissement (matériel très importants). - Seul les sites accessibles peuvent être forés avec ce matériel lourd. 4- La technique marteau fond de trou (MFT) Cette technique permet de traverser des terrains durs. Le principe repose sur : un taillant à boutons en carbure de tungstène, fixé directement sur un marteau pneumatique, est mis en rotation et percussion pour casser et broyer la roche du terrain. Le marteau fonctionne comme un marteau piqueur, à l’air comprimé à haute pression (10 à 25 bars) qui est délivré par un compresseur, et permettant de remonter les cuttings. Cette technique est surtout utilisée dans les formations dures car elle permet une vitesse de perforation plus élevée que celles obtenues avec les autres techniques. Elle permet de forer habituellement des trous de 85 à 381mm. 4-1- Avantages - Elle très intéressante dans les pays où l’eau est très rare. - Mise en œuvre rapide et simple. - Permet de détecter la présence d’un aquifère lors du forage. 4-2- Inconvénients - Procédé peu adapté dans les terrains non consolidés (sable) ou plastiques (argiles). Ce qu’il nécessite l'emploi de mousse injectée dans le circuit d'air pour favoriser la tenue des parois et/ou la remontée des cuttings. - Risque de formation de bouchons de cuttings, nécessitant de fréquents nettoyages du trou par soufflage. - Nécessité d’utilisation de compresseurs très puissants voire de suppresseurs en cas de foration sous des hauteurs d´eaux importantes. 5- La technique ODEX Elle permet de forer dans des terrains à mauvaise tenue nécessitant un tubage de protection. La perforation est assurée par un taillant pilote surmonté d’un aléseur excentrique permettant d’avoir un trou de diamètre supérieur au diamètre du tubage de revêtement. Ce système permet au tube de revêtement de descendre dans le trou sans rotation à la suite de l’aléseur. Cette technique peut être utilisée par : - Un équipement fonctionnant hors du trou, c'est-à-dire avec un marteau et son mécanisme de percussion et de uploads/Industriel/ chapitre-ii-tech-forage.pdf