Diapositive 1TECHNIQUES DE FORAGE
PRINCIPES DE FORAGE
Les grands principes
- Forage percussif
- Forage coupant
- Forage au diamant
- (Forage sonique )
Principes de forage
500
1000
1500
2000
2500
3000
4000
5000
FORAGE ROTATIF PAR ECRASEMENT-TETE DE FORAGE AVEC DENTS ACIER
FORAGE COUPANT
Transmission de l’énergie
Forage rotatif par écrasement
Dans la méthode du forage rotatif par écrasement l’énergie est transmise à l’outil au travers d’une tige en rotation qui appuie l’outil contre la roche. Les boutons pénètrent la roche et provoquent des éclats suivant le même principe qu’un marteau perforateur
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage rotatif par écrasement
Type d ’outils :
- Tricônes à picots
- Tricônes à dents
Domaine d ’application :
- Toutes les roches pour le tricône à picots
- Alluvions, terrains de couverture, roches tendres pour le tricône à dents
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage coupant
Dans cette méthode, l’énergie est transmise aux plaquettes par l’intermédiaire d’une tige qui tourne et appuie les plaquettes latérales contre la roche. Le tranchant des plaquettes crée alors sur la roche une pression qui la fait éclater.
Le facteur prépondérant est le couple de la machine
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage coupant
Type d ’outils :
- Outil à lames
Forage percussion
Dans le forage percutant l’énergie est transmise du marteau perforateur à la roche par l’intermédiaire des équipements de perforation.
L’énergie cinétique du piston est transmise à l’outil sous la forme d’une onde de choc.
On utilise aussi bien des marteaux fond de trou que des marteaux hors de trou
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage percussion
Type d ’outils :
- Taillants à plaquettes
- Taillants à boutons
Forage percussion
Le mouvement de l’onde de choc dans l’acier provoquera également des frictions entre les filetages de l’allonge, occasionnant l’usure des filetages et une perte d’énergie.
Au premier manchon, la perte sera de 8 à 10 %, mais diminuera progressivement aux raccords suivants.
Dans la foration au marteau fond de trou, l’énergie est transmise suivant le même principe, mais le marteau travaille directement sur l’outil.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Fond de trou
Frappe en tête
Forage au diamant
Des particules de diamant sont prises dans une matrice d’alliage ou sertie
La roche est découpée par le passage successif des diamants
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage au diamant
Au cours de cette opération, la matrice s’use progressivement et présente de nouveaux diamants à la coupe.
Le forage au diamant est utilisé principalement pour le prélèvement d ’échantillons. Le carottage est alors effectué par une couronne.
Le facteur prépondérant est la vitesse de rotation
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage au diamant
Type d ’outils :
Domaine d ’application : Toutes les roches
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage sonique (resonant Sonic Drilling)
Ce principe de forage utilise le phénomène de résonance.
La technique consiste a vibrer le train de tubes à haute fréquence (50 à 150 hertz.)
Cette vibration peut être associée à une rotation lente
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Forage sonique
Forage sonique
Type d’outil: Principalement couronnes carbure
Domaine d’application: Tous terrains. Forage de contrôle. Limité en diamètre et en profondeur. (8’’ 30 m)
Techniques de forage Jean-Luc CHAZAL Juin 2004
Les fluides de forage
Les fluides de forage
Fluides les plus utilisés
Les fluides de forage
- Remonter les débris hors du trou
- Refroidir l’outil
Techniques de forage JLZ Juin 2004
L’air
L’air est un fluide couramment utilisé dans le forage.
Il s’applique:
- aux terrains de couverture hors nappe
Utilisé seul , sa capacité d’évacuation des débris est optimale à 20 m/s.
Avec adjonction de mousse ce paramètre peut baisser à 5 m/s
Techniques de forage JLZ Juin 2004
L’air
Sa capacité à maintenir seul les parois du forage est limitée.
Il peut être associé à:
Un tubage
L’eau
Forage au rocher
Terrains de couverture réputés stables sauf sable
La vitesse de remontée des débris doit se situer entre 1 à 2 m/s
Techniques de forage JLZ Juin 2004
La boue bentonitique
Fluide de référence. Peut s’utiliser pratiquement dans tous les cas.
Bonne capacité à remonter les débris à une vitesse de 0.50 m/s
Bon maintien des parois
Obligatoire dans les sables
Le coulis
Le coulis bentonite ciment est utilisé pour le forage de terrains de couverture.
Capacité à remonter les débris à 0.35 m/s
Il est déconseillé dans les sables
Il est déconseillé associé à un tubage
Il est déconseillé pour les ancrages sauf si il est plus fortement dosé en ciment
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Les polymères
Généralement ils décantent rapidement
Terrains pollués au ciment
Les paramètres de forage
Paramètres de forage
- Vitesse de remontée des débris de forage
- Vitesse de rotation
Vitesse de remontée des débris de forage
Paramètre fondamental pour la réussite du forage
Dépend de :
Vitesse de remontée des débris de forage
Rappel des valeurs fondamentales
Mousse: >5 m/s
Eau: 1 m/s
Coulis: 0.35 m/s
Vitesse de remontée des débris de forage
Exemple d’abaque air
Vitesse de remontée des débris de forage
Exemple d’abaque eau-boue
Vitesse de remontée des débris de forage
Le non respect de ce paramètre entraîne:
Baisse de rendement
Surmouture de la roche
Mauvais scellement
Mais encore………..
Vitesse de remontée des débris de forage
Vous êtes coincés…….
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de remontée des débris de forage
Remarque
Au delà d’un certain diamètre les moyens à mettre en œuvre deviennent considérables.
Dans ce cas un changement de méthode de forage est nécessaire.
La circulation inverse répond à ce critère.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
Outil utilisé
La nature du terrain
Vitesse de rotation
Ecrasement rotatif (tricône)
Maintenir la vitesse circonférentielle constante. Plus le diamètre est grand moins la vitesse de rotation est grande.
La vitesse de rotation normale est de 50 à 90 t/mn
Dans la plupart des applications génie civil cette vitesse est augmentée pour compenser le manque de poussée sur l’outil. Ceci se fait au détriment de la durée de vie de l’outil.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
Forage coupant
La vitesse de rotation est en général de 80 tr/mn mais varie à l’intérieur d’une large échelle selon la nature de la roche et le diamètre du trou.
Dans ce type de forage, le couple est le plus important, une vitesse trop élevée conduirait à un blocage de l’outil.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
Forage percussion.
Le principe repose sur le fait que le taillant tourne entre les frappes successives du marteau et présente une nouvelle partie de la roche
Il faut éviter que les plaquettes ou boutons frappent le même point plusieurs fois
Cela correspond à une révolution équivalente à un diamètre de bouton à la périphérie entre chaque frappe
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
La fréquence de frappe (pression d’air ou débit hydraulique)
Diamètre du forage
Diamètre des boutons du taillant
La vitesse de rotation varie de 1 à 80 tr/mn suivant le marteau et le diamètre
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
MP = Mouvement périphérique mm
= diamètre du bouton pour terrain tendre, ½ diamètre pour 250 Mpa.
F = fréquence de frappe du marteau
D = diamètre de forage
SD6,15 bars, 165 mm, bouton de 16 granite.
TPM= 8 mm X 1200 cpmn/ 165 mm/ p = 18 TPM
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Vitesse de rotation
Forage au diamant
La vitesse est le facteur prépondérant dans ce type de forage. Elle est de l’ordre de 300 à 1600 tr/mn.
Elle est fonction de:
Du diamètre
Du terrain
Vitesse de rotation
Le non-respect de ce paramètre entraîne dans tous les cas
Usure prématurée
Mauvais rendement
Poids sur l’outil
Du principe de forage
Du diamètre du trou
Du terrain
Il peut varier de quelques centaines de kg à plusieurs dizaines de tonnes.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Ecrasement rotatif (tricône)
C’est le facteur prépondérant pour ce type de forage. Le poids sur l’outil est de :
500 kg à 1000 kg par pouce de diamètre pour des tricônes à dents acier
1000 kg à 4000 kg par pouce de diamètre pour les tricônes à inserts de carbure (picots)
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Forage par écrasement rotatif
Les tricônes sont des outils développés au départ pour le forage pétrolier à grande profondeur. Le poids sur l’outil est donné par l’empilement de tiges de forage voire de « masse tige ».
Dans l’application génie civil il est très difficile d’appliquer une telle poussée pour des forages de quelques dizaines de mètres.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Forage par écrasement rotatif
Les foreuses utilisées en génie civil sont limitées en poussée à environ 50 % de leur poids. (sauf forage directionnel)
Le poids appliqué à l’outil est souvent inférieur à celui recommandé. Le fait de pousser fortement avec la machine peut aussi entraîner des déviations importantes.
Ce manque de poussée est compensé par une vitesse de rotation supérieure à la normale aux dépens de la durée de vie de l’outil
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Forage coupant
Le forage coupant est réalisé dans les terrains tendres. Le principe est d’extraire des copeaux. La poussée est destinée à maintenir les plaquettes du taillant en contact avec le fond du trou.
La poussée ne doit pas être excessive.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Forage percussion
L’énergie du marteau doit être transmise intégralement à la roche. Cela implique que le taillant soit en contact permanent avec la roche.
Le poids sur l’outil est en général de 1 ou 2 tonnes. Ce qui conduit souvent à travailler en retenue lorsque le poids des tiges est trop grand.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Forage percussion
Une poussée insuffisante conduit à une réflexion de l’énergie dans le train de tiges. (frappe au vide)
Une poussée trop forte conduit au blocage de la rotation et aussi à une réflexion de l’énergie dans le train de tiges.
Techniques de forage JLZ Juin 2004
Poids sur l’outil
Nature de la roche
5001000150020002500300040005000
FORAGE ROTATIF PAR ECRASEMENT-TETE DE FORAGE AVEC DENTS ACIER
FORAGE COUPANT
5001000150020002500300040005000
FORAGE ROTATIF PAR ECRASEMENT-TETE DE FORAGE AVEC DENTS ACIER
FORAGE COUPANT