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Techniques de forage 1 TECHNIQUES DE FORAGE : PRINCIPE & MATERIELS Techniques d

Techniques de forage 1 TECHNIQUES DE FORAGE : PRINCIPE & MATERIELS Techniques de forage 2 TABLE DES MATIÈRES UNIVERSITE CHOUAÏB DOUKKALI.............................................................................. 1 FACULTE DES SCIENCES ............................................................................................ 1 AVANT PROPOS ............................................................................................................ 4 INTRODUCTION GENERALE: ....................................................................................... 5 BREF HISTORIQUE: ...................................................................................................... 6 GENERALITE ................................................................................................................. 8 1. BATTAGE .............................................................................................................. 10 Principe ........................................................................................................................................................ 10 Critères ........................................................................................................................................................ 11 Limites ......................................................................................................................................................... 12 Conclusion ................................................................................................................................................... 12 2. ROTARY ................................................................................................................ 13 Description du matériel .............................................................................................................................. 13 La sondeuse (fig.3) ................................................................................................................................... 13 La garniture de foration ............................................................................................................................ 15 Le marteau perforateur (figure 5 et 6) ...................................................................................................... 16 Les taillants (figure 6) .............................................................................................................................. 18 Le tricône ................................................................................................................................................. 20 Le compresseur ........................................................................................................................................ 20 Pompe à boue : figure 8 ........................................................................................................................... 22 Système à circulation directe ..................................................................................................................... 23 Principe .................................................................................................................................................... 23 Technique de foration au tricône à circulation directe ............................................................................. 23 La réputation mondiale de la méthode rotary eut point de départ de forage d'un puits de pétrole en 1901, au Texas, sur le fameux gisement de Spindletop. Au Rotary l'utilisation du fluide est indispensable (M.Mili cours de forage Février 2002) ............................................................................................................................................... 24 a) Critères ......................................................................................................................................................... 24 b) Limites .......................................................................................................................................................... 24 Technique de foration en percussion au MFT à circulation directe.......................................................... 24 a) Critères ......................................................................................................................................................... 25 b) Limites .......................................................................................................................................................... 25 Conclusion ............................................................................................................................................... 25 système à circulation inverse ...................................................................................................................... 27 Principe .................................................................................................................................................... 27 Technique de foration en vibropercussion (VPRH) à circulation inverse ................................................ 27 Techniques de forage 3 a) Principe de la technique .............................................................................................................................. 27 b) Critères ......................................................................................................................................................... 28 c) Limites .......................................................................................................................................................... 28 Technique de foration en percussion au MFT à circulation inverse ......................................................... 28 a) Principe de la technique .............................................................................................................................. 29 b) Critères (D’après document de FORACO): ................................................................................................ 29 c) Limites .......................................................................................................................................................... 31 Conclusion ............................................................................................................................................... 31 fluide de forage ............................................................................................................................................ 32 types de fluide (selon M.Mili cours de forage Février 2002) ................................................................... 32 fonctions du fluide ................................................................................................................................... 32 propriétés du fluide .................................................................................................................................. 33 Inconvénients de la boue ................................................................................................................................. 33 3. CAROTTAGE ......................................................................................................... 34 Principe de carottage au câble (figure12) ................................................................................................. 34 Exemple de sondeuse carottière : LF70 Carottage au diamant ........................................................... 35 Critères ........................................................................................................................................................ 38 Limites ......................................................................................................................................................... 38 4. CONCLUSION GENERALE .................................................................................. 38 Techniques de forage 4 INTRODUCTION GENERALE: Les populations les plus éloignées des eaux de surface, comme les rivières, les lacs, les sources, sont venues très vite à la solution qui consiste à puiser l’eau dans le sous sol qui s’y trouve tout naturellement. Très anciennement, les puits étaient exécutés par les moyens manuels, certaines de ces techniques ont survenu jusqu’à nos jours. Par leurs simples matériels, la perforation s’effectue manuellement ; au moins avec trois ouvriers ; aux terrains plus ou moins tendres où elle s’achève à la rencontre de la première venue d’eau. La plupart de ces simples techniques, dont je vais mentionner quelques unes ailleurs, ne dépassent pas une dizaine de mètre de profondeur. Grâce à l’invention du moteur à vapeur qu’une machine de forage par battage mécanisé a vue le jour et a entamé avec curiosité la recherche d’eau pour qu’elle sera ensuite surprise par sa rencontre avec l’or noir, et c’est l'évolution. En gardant presque le même principe de forage, l’évolution de ces appareils s’est faite pour perforer plus vite, plus profondément et bien sûr moins chère. Du forage par: Battage, Havage, Rotary à circulation inverse, Rotary à circulation directe, Marteau fond de trou, Marteau fond de trou avec tubage à l'avancement, Marteau hors du trou, Avancement ODEX et forage par Carotte, et autre toute une panoplie de méthode de forage que chacune d'eux a des avantages et des inconvénients. Le développement technologique et la nécessité d’exploration et d’exploitation des richesses naturelles des sous sol sont à l’origine du perfectionnement de ces techniques de forage principalement celle du marteau fond de trou et celles de rotary. Techniques de forage 5 BREF HISTORIQUE: Le battage au câble ou à tige (figure1) pourrait être la plus ancienne procédure de perforation. La première consistait à lâcher un outil de forage en métal qui s’enfonçait dans le sol par son propre poids et à extraire la roche réduite en poudre à l’aide d’un conteneur cylindrique, alors que la deuxième technique (utilisé au Bangladesh) consistait à enfoncer, en présence de l'eau, une tige en bambou dans le sol et à l'aide d'une valve à mains, l'eau muni des débris est rejeté. D’après Mr GHAZOULI cette technique est apparus en Egypte et en Chine, il y’a quatre milles ans. A l’époque le câble était en textile et les tiges en bambou (nom de différentes variétés de plante analogues à des roseaux, qui poussent dans des pays chauds et dont la tige atteint jusqu’à 25m). A l’Etats-Unis de 1860 à 1866 des innovations réalisées sur la sonde percutante, ont permet de fonder les véritables bases des techniques de pénétration en roche dure, grâce à l’invention du levier de battage et son actionnement par l’énergie à vapeur, bientôt suivis par l’équipement des ateliers d’une accroche coulisse (Hermann PLOTE 1986). Dès 1880 une campagne de recherche d’eau et du pétrole par battage a été lancée avec succès aboutissant à une amélioration du « savoir faire » des sondeurs (Hermann PLOTE 1986). En 1890, le système rotary est devenu plus performant avec l’emploi de la boue, grâce à un ingénieur français nommé Flauville qui a examiné en 1833 une opération de forage au câble au cours de laquelle les appareils de forage s'enfonçaient dans l'eau. Il réalisa que l'eau, en jaillissant, permettait d'extraire très facilement les déblais hors du puits. Dès lors, le principe d'utilisation d'un fluide en mouvement pour évacuer les déblais du puits était établi. A la fin de 1949, une innovation importante est apparue avec l’emploi de l’aire comprimé remplaçant le liquide de forage. Deux ans après, l’efficacité de rotary à l’aire est assimilée (adopté) dans la recherche pétrolière avec une pénétration de 2000m de profondeur. L’une des premières campagnes de recherche d’eau en Afrique, exécutée par cette technique (rotary à aire), a été réalisée au Maroc en 1957, exactement sur les terrains paléozoïques du Maroc orientale (Hermann PLOTE 1986). Les premières applications du marteau fond de trou pour la recherche d’eau en milieu fissuré sont signalées en Nouvelle Angleterre dans le milieu des années 1950(A.L Hodges, 1968). Cette 6 Techniques de forage méthode a été introduite en Afrique subsaharienne en 1973 (sud de la Mauritanie) (G.Martin, 1973) (Hermann PLOTE 1986). Au cours des années 1960 le marteau hors de trou a subit une amélioration pour qu’il puisse atteindre une cinquantaine de mètre de profondeur. Au Maroc, il est employé pour la reconnaissance hydrogéologique (en 1974-76) (Hermann PLOTE 1986) 7 Techniques de forage GENERALITE : 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, généralement vertical et utilisé à des fins scientifiques et /ou économiques Ce procédé mécanique correspond à tout un assemblage du matériel ; monté sur camion ou bien inclut dans un atelier ; destiné à réaliser l’objectif du projet bien sur en pénétrant le sous sol. En fait, toutes les techniques de forage (battage, rotary, foration à l’avancement odex…) sont valable pour les deux styles soit atelier ou bien sur camion. Quelque soit la technique de forage employée, plusieurs précautions doivent être prises en considérations :  La quantité d’énergie exigée pour la foration est régenté (diriger de façon autoritaire et arbitraire) par les caractéristiques du terrain ; Le tableau ci-dessous montre les numéros de catégorie et les caractéristiques correspondant à chaque type de terrain. Catégorie du terrain Caractéristiques du terrain Terrain 8 Extrêmement durs Quartzites, Basaltes 8 Très durs Porphyre quartzeux, schistes siliceux, grès dur 7 Durs Granite compacte, conglomérats durs, minerais de fer 7 Durs Calcaire et grès durs, marbre, dolomite 6 Assez durs Grès ordinaire 6 Assez durs Grès schisteux 5 Moyens Schistes argileux durs 5 Moyens Schiste divers, marne compacte 4 Assez tendres Schiste tendre, craie, sel gemme, sol gelé, galets 4 Assez tendres Cailloutis, huile 3 Tendres Argile compacte, limon compact 3 Tendres Loess, gravier, charbon tendre 3 Terreux Terre végétale, tourbe, sable humide 2 Friables Sable, remblais 1 fluents Sable fluents, tourbe, loess saturé d’eau Tab 1 : Les duretés des différentes roches 8 Techniques de forage  Pour les roches dures, les outils de foration auront besoin de refroidissement et de lubrification ;  Les débris de forage doivent être enlevés ;  Les formations non consolidées exigeront l’appui pour éviter l’effondrement du puit. Ce qui caractérise une technique de forage d’une autre c’est :  Le type d'outil qui découpe la roche: trépan, tricône, taillant ;  La nature des fluides qui transporte les déblais (cuttings) ;  Le sens de circulation du fluide (boue, air et eau) pour le système rotary: celui-ci est directe lorsque le fluide injecté à l'intérieur du train de tiges (garniture) et remonte les déblais par l'espace annulaire entre le forage et la garniture; il est inverse, lorsque le fluide descend dans ce même espace annulaire et remonte les déblais par l'intérieur du train de tiges. Généralement l’objectif visé par la perforation et la nature du terrain à traverser, sont les principaux facteurs uploads/Science et Technologie/ techniques-des-forages.pdf