Méthodes de forage des puits tubulaires et leur sélection

Lisez cet article pour en savoir plus sur les méthodes de forage et leur sélection.

Méthodes de forage pour puits tubulaires:

1. Méthode de percussion:

Cette méthode convient aux formations rocheuses molles et fissurées. Dans les formations de sol uniquement, cette méthode donne un taux de travail très élevé. Cette méthode consiste à casser et à pulvériser le matériau du sous-sol par une série de coups répétés avec une fraise en métal dur. Le matériau pulvérisé se mélange à l'eau et il est ensuite éliminé. Parfois, cette méthode est également appelée méthode de l’outil câble. Le forage peut être fait manuellement ou mécaniquement. Des alésages atteignant 30 cm de diamètre et plus de 200 à 300 m de profondeur peuvent être forés de manière très pratique et répondent aux exigences normales.

Les coups sont donnés au moyen d'un piston. Le piston est constitué d'un tube métallique creux. Un couteau est fixé à l'extrémité inférieure du piston par rivetage ou soudage. Un robinet à tournant sphérique en acier est également prévu au bas du piston. La vanne est telle qu’elle permet au lisier de pénétrer dans le piston une boue de terre pulvérisée.

Une fois que le lisier a pénétré dans le piston, la vanne se ferme et le lisier est empêché de sortir. Ainsi, la vanne n'a qu'une action dans un sens. Parfois, une soupape à clapet peut également être prévue dans le piston. Le but visé est exactement le même que celui du robinet à tournant sphérique. La figure 18.4 montre un clapet. Ainsi, le piston remplit également la fonction de vase d’étanchéité et d’écope.

Le piston peut être abaissé et élevé de deux manières:

je. Par système de corde, et

ii. Par système de tige.

Dans le système de corde, l'extrémité supérieure du piston est attachée à une corde. La corde court sur une poulie. Le piston est levé et relâché subitement pour donner un coup. Le système de tringle est similaire dans son principe au système de corde. La seule différence est que la tige remplace le câble et, par conséquent, les machines qui fonctionnent avec la tige sont également changées. L'inconvénient du système de tige est que le temps est perdu à augmenter ou à diminuer la longueur de la tige. La longueur de la tige peut être augmentée ou réduite en vissant ou dévissant de petites longueurs.

La procédure de perçage manuelle par percussion manuelle est la suivante:

Une fosse est creusée sur le site où le puits de forage doit être creusé. Le tube de protection avec un sabot de coupe est inséré dans la fosse. Une plate-forme est fixée au tuyau de tubage. La plate-forme est chargée au moyen de matériaux disponibles localement et remplis dans des sacs en jute.

Sur le tube de cuvelage, un trépied est monté et une poulie est fixée au centre. Une corde court sur la poulie. Une extrémité de la corde est attachée au piston. Le diamètre du piston est légèrement inférieur à celui du tube de gainage (disons de 6 cm). La disposition ressort clairement de la Fig. 18.5.

Avant de commencer ennuyeux, de l'eau est versée dans le trou. Au fur et à mesure que le piston souffle à chaque coup, le lisier pénètre dans le piston. Les coups sont donnés à plusieurs reprises jusqu'à ce que le piston soit rempli de boue. Le piston est ensuite retiré et la suspension est retirée en retournant le piston. Le piston est à nouveau abaissé et le processus répété. Ainsi, le tuyau de cuvelage continue de couler. Lorsque la longueur du tuyau de cuvelage descend suffisamment en dessous du niveau du sol, un tuyau supplémentaire peut être fixé au sommet du premier tuyau. Pour augmenter le taux de travail de la machine à percussion, est utilisé.

Le matériel qui sort est inspecté avec soin et un enregistrement est préparé, il est appelé journalisation. À partir du puits, la position des aquifères peut être calculée correctement. Lorsque le tube de cuvelage du tubage atteint une profondeur prédéterminée, la plate-forme est retirée et un tube avec des filtres aux niveaux d'aquifères déterminés est abaissé dans le trou. Après l'avoir abaissé jusqu'à la profondeur requise, le tuyau de la crépine est bloqué. Il apporte un soutien et l’empêche de tomber dans le fond du trou. Ensuite, le drapage est lancé. Au début, on fait environ 60 cm de long. Ensuite, le tube est enlevé lentement de 30 cm.

Puis à nouveau, 30 cm d’enveloppement sont effectués et à nouveau le tubage est soulevé d’environ 30 cm. Ainsi, l'enroulement et le retrait de la conduite se font lentement, successivement et par petites remontées d'environ 30 cm jusqu'à ce que le tubage soit entièrement retiré. La quantité de matériau nécessaire pour le gainage par 30 cm de longueur peut être calculée avec précision à l’avance. Cela dépendra naturellement de l'épaisseur du bloc de gravier. Normalement, l'épaisseur du bloc de gravier varie entre 7, 5 cm et 25 cm. L'épaisseur de la couche de gravier doit être telle qu'elle ne permettrait pas aux particules les plus fines de se déplacer.

Méthode de percussion ou de câble:

La machine utilisée pour le forage de puits tubulaires s'appelle un appareil de forage. La méthode de montage pour câble est un ensemble monté sur camion tenant compte de la mobilité et comprenant un mât, un palan à plusieurs lignes, une poutre de marche et un moteur. La figure 18.6 montre l'assemblage. La série d’outils comprend un foret, une tige de forage, des bocaux de forage servant de maillons de connexion et une douille de câble pour connecter une ligne de forage. La figure 18.7 montre les composants de l'outil de forage. Le poids total de l'outil varie de 100 à 2000 kg. parce que différents types de bits sont nécessaires pour différentes formations rocheuses. La longueur du foret varie de 1 à 3 m alors que la tige de forage a une longueur de 2 à 10 m.

Le fonctionnement est en principe similaire à la méthode manuelle. La mèche à câble sert de concasseur pour forer dans des roches consolidées. Le perçage est effectué par coups répétés de l’outil de perçage qui effectue environ 40 à 60 coups en une minute. La ligne de forage est tournée afin de forer un trou rond. Comme dans la méthode manuelle, de l'eau est ajoutée à l'alésage pour former la boue si celle-ci n'est pas présente dans la formation du sous-sol. Après le forage de 1, 25 à 1, 5 m, l'outil de forage est retiré et la boue extraite du trou au moyen d'une pompe à sable ou d'une écope.

La turbine est dotée d’une valve à sens unique qui permet au lisier de pénétrer dans la turbine mais ne permet pas la fuite. Une fois remplie, la vessie est relevée et vidée à la surface. La longueur de la banderole varie également entre 3 et 12 m. Dans les formations non consolidées, le tubage du puits est inséré et simultanément enfoncé à pleine profondeur pour éviter toute déformation du matériau. La vitesse de forage dépend du type de formation du sous-sol rencontré, du diamètre du puits et de la profondeur du trou principalement. Dans les formations rocheuses cristallines solides, la vitesse de forage pourrait être aussi faible que 2 à 3 m par jour.

Le taux de forage dans les formations de sable fin à écoulement libre est également faible car il comble le trou dès que le matériau est remis en suspension. Pour vérifier l'afflux de sable, le trou peut être rempli d'eau. Il est assez difficile de forer dans une formation non consolidée avec des blocs car ceux-ci non seulement dévient le trou, mais ils sont difficiles à forer et empêchent l'enfoncement du tubage du puits. Dans les formations molles comme le grès ou l'argile sableuse, la vitesse de forage peut atteindre 20 à 30 m par jour. Le forage est soigneusement enregistré pour déterminer la position des différents types de formations rencontrés.

2. Méthode d'alésage rotatif:

Méthode de forage rotative hydraulique:

Cette méthode est généralement appelée méthode de forage rotatif. Cette méthode peut être utilisée avec succès pour la formation rocheuse et non consolidée. La méthode est donc utilisée pour le forage de puits ainsi que pour le forage de puits de pétrole. Les puits de pétrole sont généralement très profonds et cette méthode leur convient bien car, contrairement à d’autres méthodes, la vitesse de forage ne dépend pas de la profondeur du trou.

Dans cette méthode, le forage est effectué au moyen d’embouts rotatifs fixés à l’extrémité inférieure d’un tuyau en acier peu profond. Le tuyau en acier est attaché à une section carrée d'une tige en acier au sommet qui s'appelle Kelly. Kelly s'inscrit dans une table tournante à la surface. La table tournante tourne par puissance. La roche en poudre et les déblais de forage sont éliminés par circulation continue du fluide de forage.

L’appareil de forage rotatif hydraulique comprend un derrick ou un mât, une table tournante, une pompe d’injection de boue de forage, un appareil de levage et un moteur. Les tiges de forage sont des tubes en acier sans soudure généralement disponibles en longueurs de 6 m. Le diamètre extérieur des tuyaux varie de 6 à 12 cm.

On utilise généralement des tubes de taille adéquate car le forage de puits nécessite une grande quantité de fluide de forage en circulation. Les forets fixés à l'extrémité inférieure du tube de forage sont munis de petites buses pour diriger les jets de fluide de forage sur les faces des pales du foret. La figure 18.8 montre un diagramme schématique du procédé de forage rotatif.

La table tournante dans laquelle le kelly s'insère tourne de près le foret. Le foret coupe à travers la formation et lorsque le trou s'approfondit, la tige de forage glisse vers le bas. A ce stade, le kelly est détaché et tiré pour fixer une nouvelle longueur de tuyau. Le fluide de forage ou la boue de bentonite (argile) sont pompés à travers le tube de forage et sortent par les buses du trépan. La boue remonte ensuite à la surface à travers l'espace annulaire entre le tube de forage et l'alésage et enlève les fragments de roche et les déblais de forage.

Le fluide de forage remplit les fonctions suivantes:

(i) Il supporte les parois de l'alésage et empêche la formation de spéléologie.

(ii) Il enlève les déblais du trou de forage.

(iii) Il vérifie l'entrée d'eau souterraine dans le puits pendant le forage.

(iv) Il refroidit le trépan et lubrifie la tige de forage.

(v) Il empêche les débris de se déposer au fond de l'alésage.

(vi) Il adoucit la formation souterraine et accélère les forages.

Comme il est probable que la boue de forage puisse sceller des formations contenant de l'eau à basse pression, il est nécessaire de contrôler la quantité de boue dans l'eau. Une fois que le fluide de forage arrive à la surface, il est pris dans une fosse de décantation où des fragments de roche se déposent. Le liquide nettoyé est recirculé à travers le trou.

Au fur et à mesure des progrès ennuyeux, l’enregistrement détaillé des formations souterraines rencontrées est terminé. Une fois le puits foré à la profondeur requise, un tuyau de puits avec tamis et longueurs aveugles de tailles déterminées est abaissé. Les parois de l'alésage étant recouvertes d'un mélange colloïdal de bentonite, il devient nécessaire de les laver.

C'est ce qu'on appelle le lavage de dos. Pour le lavage à contre-courant, une tige de forage avec un collet de la taille de la tige de puits fixée au-dessus du foret est à nouveau insérée. La pompe force l'eau contenant du calgon (hexa-méta-phosphate de sodium) dans la tige de forage.

L'eau traverse les tamis et le calgon disperse les colloïdes d'argile déposés sur les parois de l'alésage. Pour augmenter l'efficacité du lavage à contre-courant, la tige de forage est déplacée vers le haut et vers le bas pour créer une action forte. La vitesse de forage par cette méthode dépend du type de formation souterraine pénétrée et du type d'équipement utilisé. Contrairement à la méthode de l’outil à câble, la vitesse de forage par méthode de rotation hydraulique ne dépend pas de la profondeur du trou.

La vitesse de forage dans les formations rocheuses consolidées peut varier de 10 à 15 m par jour, tandis que dans les formations non consolidées, elle peut atteindre 100 à 150 m par jour.

Les principaux avantages de la méthode de rotation hydraulique sont les suivants:

(i) Le forage peut continuer sans interruption.

(ii) Les taux de forage sont assez élevés.

(iii) Le tuyau de tubage n'est pas requis. La boue forme un revêtement d'argile sur le mur de forage et empêche la formation de spéléologie.

(iv) Lorsque l'alésage s'avère infructueux, il peut être abandonné immédiatement car l'enlèvement du tuyau de cuvelage, etc., n'est pas impliqué.

Méthode d'alésage inversé:

Cette méthode est appelée méthode de rotation inverse car le flux de fluide de forage est inversé par rapport à la méthode de forage rotatif (hydraulique). L’appareil de forage utilisé pour la méthode de rotation inversée est similaire à celui utilisé pour l’alésage rotatif. Il existe cependant deux variantes. La première est que le tube de forage a un diamètre plus grand (disons 15 cm) et la seconde est l’utilisation d’une pompe spéciale de grande capacité avec des rotors à lame ouverte. La pompe permet d'évacuer les gros graviers. La tige de forage de grand diamètre permet de soulever à la surface de grosses pierres de 12 cm de diamètre.

En tant que fluide de forage, seule l’eau est généralement utilisée. Il pénètre dans le trou de forage à travers l'espace annulaire situé entre le tube de forage et les parois du trou de forage. L'eau récupère les déblais et le mélange est aspiré vers le haut par la pompe à travers le tube de forage. En raison de la force d'aspiration, le fluide ascendant a une grande vitesse et soulève avec lui les grosses particules. Le schéma de principe de la méthode est présenté à la figure 18.9.

A la surface, le mélange est déchargé dans une fosse de décantation. L'eau capte les fines particules des formations souterraines et il n'est pas nécessaire d'ajouter de l'hentonite ou toute autre boue à l'eau. Le niveau du fluide de forage dans l’espace annulaire doit être maintenu jusqu’à la surface du sol afin d’éviter la formation de creux dans le trou. Par cette méthode, il est possible de forer des puits de grand diamètre, jusqu’à 150 cm. C’est la méthode la moins chère de forer des puits de grand diamètre dans des formations molles non consolidées constituées de sable, de limon ou d’argile molle.

Sélection de la méthode de forage:

Le choix de la méthode de forage dépend de:

je. But du puits;

ii. Quantité de décharge requise;

iii. Profondeur de la nappe phréatique

iv. Type de formation souterraine; et

v. Type d'équipement disponible.

Les puits peu profonds de petit diamètre peuvent être forés en formation non consolidée par une tarière actionnée manuellement.

Des puits de faible capacité dans des formations non consolidées peuvent être forés par la méthode du point de forage à jet automatique ou la méthode de forage au jet d’eau.

Tous les puits tubulaires profonds sont construits par forage. Les méthodes rotatives conviennent généralement mieux aux études géologiques, tandis que la méthode à l’outil au câble ou à la percussion est préférable pour l’étude de la qualité de l’eau.