Carottage de puits: technologie et nuances de travail

L’une des méthodes les plus productives et les plus économiques pour former des chantiers miniers est le carottage. Il est utilisé dans l’exploration minérale et la géologie technique.De plus, c'est le moyen le plus simple et le plus rapide d'accéder aux eaux souterraines pour organiser l'approvisionnement en eau.

Vous apprendrez tout sur les spécificités du carottage, les outils nécessaires à sa mise en œuvre et les fonctionnalités d'application grâce à notre article proposé.

Champ d'application du carottage

Le carottage est une méthode qui permet de déterminer avec la plus grande précision la profondeur du toit et de la base des couches de sol, ainsi que le niveau de profondeur de la nappe phréatique.

La technologie de carottage est largement utilisée dans les industries suivantes :

• Approvisionnement en eau dans les domaines industriels et privés. Le forage de puits pour l'approvisionnement en eau privé, l'organisation de la prise d'eau pour des villages entiers ou des pâtés de maisons est réalisé efficacement par carottage en raison du fait que le foret pénètre facilement à de grandes profondeurs. La carotteuse est capable de soulever presque toutes les roches détruites, à l'exception des sols saturés d'eau et meubles et non cohésifs (sable, gravier, cailloux) ;
• Exploration géologique dans l'industrie minière. Lorsque la roche passe, un effet ponctuel sur le sol se produit le long du rayon de rotation. En d’autres termes, avec un projectile dont la structure rappelle celle d’un tuyau, un massif de roches est foré sans perturber sa structure et son état.
• Construction. Réaliser des recherches géotechniques pour étudier les propriétés physiques et mécaniques des sols et l'état des roches. La technologie de base permet d'identifier avec précision les eaux souterraines et de prélever des échantillons d'eau pour étudier leur agressivité envers le béton.

Lors du carottage, une carotte est extraite - une colonne de sol ou des couches de sol adjacentes. La carotte se caractérise par une structure naturelle solide, qui assure une analyse complète de la roche étudiée. Le forage avec une carotteuse permet de déterminer avec la plus grande précision la profondeur de la roche à des fins d'étude.

Le carottage garantit l'intégrité de la carotte extraite, ce qui contribue à une étude de haute qualité de la roche. Dans le même temps, un nettoyage de la plus haute qualité du visage des roches détruites est effectué.

L'utilisation d'une carotteuse dans la construction facilite et accélère considérablement les processus. Un pieu est facilement enfoncé dans le trou préparé avec une carotteuse ou une structure en béton armé prête à l'emploi est montée. Le carottage vous permet de créer des trous cylindriques dans des structures en brique et en béton.

Technologie et équipement de travail

Il existe deux méthodes connues d'utilisation d'une carotteuse : travailler avec un apport de liquide jusqu'au fond du trou ou travailler à sec, c'est-à-dire sans fluide de forage.

Le forage sans utilisation de fluide de forage est utilisé si les sols non cohésifs sont saturés d'humidité naturelle en quantité suffisante pour la pénétration et l'extraction. L'eau n'est pas non plus amenée au puits d'excavation lors du passage à travers des loams/argiles fluides-plastiques, souples et réfractaires, des loams sableux durs et plastiques.

Le liquide doit être utilisé lors du forage de roches rocheuses et semi-rocheuses.En l'absence d'eau, dans ce cas, l'approfondissement se produit beaucoup plus lentement. De plus, la probabilité de défaillance prématurée du trépan augmente considérablement et le forage à sec est donc considéré comme plus coûteux.

La technologie du carottage d'un puits avec rinçage permet non seulement de prolonger la durée de vie des équipements de travail, mais également le moyen le plus rapide et le moins exigeant en main-d'œuvre de libérer le front de taille de la roche détruite.

Lors du forage avec du fluide de forage, le taux d'approfondissement augmente considérablement. Le plus souvent, cette méthode est utilisée lors du forage de puits d'une profondeur considérable. Cela permet d'effectuer les travaux dans les plus brefs délais avec un risque minimal de dommages à la couronne.

De l'eau sous haute pression est également fournie au fond lors du développement d'un puits dans des sols meubles et non cohésifs, si le carottage ne pose pas de problème. Dans ce cas, le front de taille est simplement lavé avec un jet d'eau, libérant ainsi le puits de mine du sol détruit.

Le principe de la technique de base

L'élément principal du carottage est une pièce coupante destructrice installée à la base du carottier. On appelle ça une couronne. Pour creuser des roches, des couronnes spéciales équipées de fraises diamantées sont utilisées.

Les couronnes sont des éléments coupants remplaçables qui sont vissés sur le bord inférieur du tube central. Ils doivent être changés plusieurs fois au cours du processus de forage.

C'est le trépan diamanté qui garantit un passage pratiquement sans entrave du foret à de grandes profondeurs lors de l'enfoncement des ouvrages de prise d'eau dans le calcaire. C'est-à-dire lors du développement de puits enfouis dans le substrat rocheux, dans les fissures desquels, à la suite d'une condensation vieille de plusieurs siècles, se sont formées des réserves d'eau souterraine la plus pure.

Les forets se changent de la manière la plus simple : retirez la pièce usée et vissez un nouveau foret sur le tube central.

La roche est taillée à l'aide d'un foret tournant à grande vitesse. La vitesse de rotation du semoir peut être ajustée en fonction de la densité du sol à développer. La couronne « coupe » le sol uniquement le long du bord d'une sorte de cylindre dont la partie centrale est enfoncée dans le tube central.

Pour extraire la carotte, le foret est remonté à la surface. Le sol capté par celui-ci est littéralement expulsé de la carotteuse par un courant d'air fourni à la partie supérieure du tuyau. Le processus de soufflage est accéléré en tapotant le projectile avec une masse.

Au cours du processus de carottage, un segment de roche foré en forme de cône est poussé dans un tube carotté. Pour le retirer, l'outil de carottage est retiré du canon en démontant le train de tiges de forage. Le noyau est soufflé et expulsé du tuyau

Lors du passage à travers des roches dures, les carotteuses ont une plus grande productivité que les trépans matriciels et à rouleaux. Cela est dû à la vitesse de rotation élevée du foret, qui réduit l'effort de développement requis.

De plus, les trépans détruisent complètement la roche, qui devra être « écopée » avec une écope ou de l'eau doit être alimentée sous pression pour laver le visage. En effet, vous devrez parcourir deux fois, voire trois fois la même section : d'abord la détruire, puis la nettoyer. La technologie de base vous permet de parcourir et de nettoyer le visage en une seule fois.

Machines-outils et appareils de forage

Le choix de la machine ou de l'appareil de forage est déterminé par la destination du puits et son diamètre. La popularité de la méthode de carottage détermine la production d'appareils et de machines de forage dans le monde entier. Les tracteurs lourds, les camions et les véhicules tout-terrain conviennent aux appareils de forage destinés au forage d'exploration.

L'utilisation de tracteurs à chenilles lourds permet le carottage de puits dans des zones avec des routes impraticables, des marécages de surface et un terrain instable.

Le plus souvent, les équipements de forage sont montés sur des voitures classiques des marques MAZ, KAMAZ et Ural. Cependant, il existe des options d'installation pour des équipements plus légers, utilisés pour forer des puits d'eau dans la construction privée.

À perçage rotatif manuel Le tube central est remplacé par son prédécesseur historique, le verre. Ce projectile est une version raccourcie d'un tube central avec un bord pointu sur la semelle. Le verre est vissé dans le sol manuellement ou à l'aide d'une perceuse à moteur et tout ce qui y est emballé est évacué à la surface.

Les moteurs à essence et électriques sont utilisés pour mécaniser le forage manuel de puits peu profonds et former des trous pour l'installation de clôtures et de supports de lignes électriques. Ils transmettent des mouvements de rotation à la tarière ou au tube central

Équipement pour le forage et l'aménagement de puits

Lors de la mise en œuvre de carottages, vous avez besoin d’un équipement permettant de travailler en profondeur, de développer et d’extraire une grande variété de types de roches. Pendant les travaux, il faut assurer un soulèvement périodique du matériau détruit par le projectile vers la surface.

Ensemble standard d'outils de forage

Pour réaliser un travail de qualité il vous faut :

• Coques de base. Ils sont utilisés aussi bien pour le forage horizontal que pour l’excavation verticale. En utilisant des tubes carottés standard, il est possible de forer sous un angle allant jusqu'à 45 degrés. Les carotteuses à paroi mince peuvent être utilisées exclusivement pour le forage horizontal sans tranchée lors de la pose de communications.
• Couronnes. Il s'agit d'un outil de bris de roche monté sur un tube carotté pour faciliter la découpe des carottes dans la roche. Les forets en laiton sont utilisés pour forer des sols sédimentaires cohésifs et non cohésifs. Les forets en carbure avec fraises diamantées sont produits pour percer des roches et former des trous dans les murs en béton, en asphalte et en briques.
• Tubes de boîtier en acier. Nécessaire au tubage de l'excavation - formant un puits de forage, réalisé simultanément à son approfondissement. Leur diamètre est égal au diamètre du puits. Le tubage pour la prise d'eau est sélectionné à l'avance, en se concentrant sur le diamètre du carottier et de la pompe qu'il est prévu d'utiliser dans le puits.
• Haltères. Ce sont des tuyaux étroits torsadés ensemble. Utilisé pour prolonger le train de tiges. En termes simples, ils sont vissés alternativement au sommet du tube central afin que le mouvement de rotation puisse lui être transmis à une profondeur supérieure à la hauteur du projectile. Hauteur du tube carotté + hauteur du train de tiges = profondeur d'excavation.
• Traducteurs. Nécessaire pour assurer l'assemblage des raccords filetés de différents diamètres présents sur les tiges de forage, rotateurs, joints de rinçage et autres composants.
• Bouchons et joints de rinçage. Avec leur aide, il est possible de remonter le sol détruit à la surface s'il n'est pas nécessaire de prélever une carotte entière. Dans ce cas, de l'eau est fournie au visage, lavant le sol détruit sous pression sur la surface diurne.
• Ciseaux. Ils sont utilisés pour approfondir le trou dans les endroits les plus difficiles à pénétrer avec une carotteuse. Lorsqu'ils utilisent un foret, ils passent parfois du forage rotatif au forage à percussion par câble.

L'outil présenté est un ensemble standard pour le forage utilisant la technologie de base.Dans certains cas, selon la complexité du développement, des outils et équipements supplémentaires peuvent être nécessaires.

Lors de l'approfondissement de l'excavation, une colonne de tiges de forage est vissée séquentiellement au sommet du carottier. Pour extraire le noyau du projectile à la surface de la colonne, la tige derrière la tige est détordée

Caractéristiques de la conception du tube central

Caractéristique de conception projectile lors du carottage, il est dû à la préservation maximale de l'intégrité de la carotte et consiste en une disposition en forme d'anneau autour d'un passage libre. L'une des caractéristiques les plus importantes est le coefficient carottage Il est défini comme le rapport entre le diamètre du noyau et le diamètre extérieur de l'outil.

L'outil de carottage est standardisé et ne diffère principalement que par son diamètre. Sur la base des caractéristiques structurelles, les tubes centraux sont classés en simples et doubles. Les projectiles uniques conçus pour fonctionner dans des conditions géologiques normales sont excellents pour le développement de puits d'eau.

Un outil double avec un tube intérieur non rotatif est utilisé uniquement en exploration géologique. Il est nécessaire d'extraire des échantillons de roches facilement détruits sous l'influence de divers facteurs. Il permet de prélever un échantillon dans sa composition naturelle, avec un pourcentage naturel de minéraux et de stériles.

Un tube à noyau unique est utilisé pour l'échantillonnage pour la recherche géotechnique, l'exploration géologique et le forage de trous pour l'installation de supports de lignes électriques.

Tous les tubes carottés sont conçus pour le soufflage, l'alimentation en fluide de forage jusqu'au fond et le nettoyage du puits. Leur sommet est équipé d'un trou technologique à travers lequel de l'eau ou un courant d'air est injecté.

Spécificités de la partie coupante du projectile

Toute couronne se présente sous la forme d'un anneau avec un filetage sur le dessus, nécessaire au vissage sur un tube carotté, et des fraises situées à l'extrémité inférieure. Les fraises peuvent être moulées ou soudées à cette pièce métallique coupante.

Les forets suivants sont utilisés pour le carottage :

• Carbure – incisive fine, côtelé.
• Diamant – imprégné et petit diamant.

Les éléments de coupe en carbure sont conçus pour percer des sols « mous ». Avec leur aide, tous les types de roches argileuses de toute consistance, des roches semi-rocheuses, des sables à faible humidité et humides de densité dense et moyenne sont forés. Pour percer les grès et les marnes, on utilise des couronnes avec des fraises en tungstène-cobalt.

Incisive fine les trépans sont conçus pour forer des roches moyennement dures de petite taille abrasivité. Ils sont équipés de couteaux octogonaux ou carrés. Lorsque les fraises sont positionnées à différentes hauteurs, on obtient également une face étagée dont les avantages ont été soulignés ci-dessus.

Grâce à des mèches nervurées, la circulation du fluide de rinçage est améliorée en élargissant le diamètre du puits

Côtelé les trépans sont conçus pour forer des roches dures de taille moyenne abrasivité. Les fraises de telles couronnes sont constituées d'acier cylindrique ou prismatique quartier général avec insert en carbure. En même temps, même si la couronne s'use, ses performances ne diminuent pas.

Les couronnes avec fraises diamantées sont conçues pour forer des roches rocheuses et semi-rocheuses de haute abrasivité.

Pour augmenter la résistance et améliorer les propriétés abrasives, les diamants industriels sont pressés dans leur masse moulée pendant le processus de production. Récemment, les cristaux naturels sont souvent remplacés par des cristaux cultivés artificiellement.

Le nombre de nervures est déterminé par la conception de la couronne et son diamètre - il peut y en avoir de trois à six. L'accélération du processus de destruction des roches peut être obtenue en déplaçant les nervures vers le haut par rapport à l'extrémité de la couronne. Cela garantit un trou inférieur étagé et facilite le passage du liquide de lavage.

Tuyaux de tubage de puits

Les tubes en acier à noyau et à boîtier sont produits conformément à GOST 51682-2000. En exploration géologique et en géologie technique, ils sont utilisés pour empêcher l'effondrement du sol sur la face, ce qui ne permettrait pas de comprendre à quelle profondeur une couche géologique est remplacée par une autre.

DANS disposition des travaux de prise d'eau des tuyaux de tubage forment les parois du puits. Un autre train de tiges de production est immergé dans le boîtier assemblé à partir de ceux-ci. De nos jours, il est le plus souvent assemblé en plastique. La colonne de production est équipée d'un filtre permettant de retenir les grains de sable et de graviers fins lors du pompage.

Les plus courants sont les tubes de tubage avec raccords à mamelon. Dans ce cas, les tuyaux ont un filetage interne d'un côté et un filetage externe du côté opposé. Le puits d'excavation est assemblé à partir de tuyaux filetés de manière extrêmement simple et rapide.

Les tubes de noyau et de tubage sont équipés de filetages, externes à une extrémité et internes à l'autre. Cela permet d'assembler le boîtier rapidement et facilement. Les tailles de filetage sont unifiées - n'importe quel tube de boîtier peut servir de tube central, il suffit de visser la couronne et le dessus.

Il existe des tubes de tubage conçus pour les joints soudés. Ils ne sont pas utilisés dans le secteur privé en raison du processus d'assemblage des colonnes qui demande beaucoup de main-d'œuvre.

Le tubage et les tubes centraux sont en acier de nuance 45 avec le groupe de résistance « K ».Pour augmenter la résistance à l'usure superficielle, les extrémités des tuyaux sont durcies. En fonction du matériel de forage utilisé et du diamètre pompe submersible dans la construction de ouvrages de prise d'eau privés, on utilise des tuyaux d'un diamètre de 100 à 200 mm.

Étapes de carottage

Avant de commencer les travaux, vous devez étudier le plan cadastral et préparer le plan de travail. Il est nécessaire de garantir un accès sans entrave au site de forage tant pour l'appareil de forage lui-même que pour la machine avec le liquide de rinçage.

L'étape suivante consiste à creuser un trou d'un volume d'au moins 2 mètres cubes - cela évitera d'avoir à utiliser un réservoir supplémentaire. La fosse est conçue pour drainer les eaux souterraines et le liquide de rinçage usé. Pour installer la partie principale du tronc, il est nécessaire de perforer le sol.

Ensuite, le trépan sélectionné est connecté à la tige de forage et sélectionné tuyaux de tubage, qui augmentera à mesure qu’ils s’approfondiront. L'installation doit être solidement sécurisée, après quoi l'appareil de forage est démarré.

La technologie de base avec rinçage du front de taille avec de l'eau permet de libérer le puits de mine de la roche détruite de la manière la plus simple et la plus rapide

Au fur et à mesure que la carotteuse s'approfondit et se remplit, elle est périodiquement remontée à la surface et débarrassée du sol capturé par l'outil pendant le forage. Après quoi la foreuse, libérée de la carotte, peut à nouveau être immergée dans le trou du puits pour poursuivre le forage.

Pour monter vers le haut, le train de tiges de forage, composé d'un outil de carottage et de tiges, est démonté. C'est-à-dire qu'ils séparent séquentiellement la tige après la tige jusqu'à ce que le tube central soit retiré du canon.

La meilleure option pour développer un puits pour les propriétaires privés est considérée comme le carottage accompagné d'un rinçage. Dans ce cas, aucun prélèvement n’est nécessaire. L'essentiel est de former rapidement le fût et de le débarrasser des boues. préparation des travaux pour une utilisation prochaine.

Pour le lavage, vous pouvez utiliser n'importe quelle eau, l'eau d'un étang ou d'une rivière à proximité convient tout à fait. Le forage peut également être effectué à sec si un puits est en cours de développement pour le sable. Habituellement, dans ce cas, quelques seaux d'eau comme fluide de forage suffisent juste pour refroidir le projectile au fond.

Grâce à la technologie de base, des trous sont percés dans les structures en béton et en béton armé, les fondations et les murs en briques.

Lorsque vous travaillez dans du sable meuble et à faible humidité, il est recommandé d'ajouter du verre liquide ou de la masse d'argile à la solution de travail pour renforcer les parois du trou. Dans tous les cas, lorsqu'un forage traverse un horizon à structure instable, il serait justifié de renforcer les parois du puits avec des tubages.

Caractéristiques technologiques du processus

Pendant le processus d'approfondissement, il est possible d'ajuster la vitesse de rotation du foret. Il convient de noter que la foreuse peut facilement surmonter des couches de roches sédimentaires à faible vitesse. Mais lors du passage du substrat rocheux, une augmentation de la vitesse de rotation est nécessaire. Avec la méthode de carottage, il est possible de pénétrer des couches de différentes compositions et de toute dureté.

Il est nécessaire de prendre en compte le fait que l'appareil de forage doit être situé sur un site horizontal préparé et nivelé. L'angle de pénétration peut être ajusté si le diamètre du puits en cours d'aménagement ne dépasse pas 1 mètre. La verticalité de l'excavation est alors maintenue par le tubage.

Les tuyaux de tubage peuvent être réutilisés s’ils sont retirés de l’excavation immédiatement après l’excavation. Un tube central est un projectile réutilisable, ce qui n'est pas le cas des couronnes. Pour forer dans l'horizon sédimentaire, il en faut au moins deux, voire plus. Lors de la construction d'un puits sur calcaire, il est impossible de prédire avec précision le nombre de couronnes usées.

Pour prolonger la durée de vie de la mèche diamantée après son installation ou son remplacement, le fond du puits doit être traité avec un ciseau. Cette mesure augmentera considérablement le taux de pénétration

L'appareil de forage peut être monté sur des véhicules de grande capacité ou sur des véhicules à chenilles équipement spécial en cas de travaux dans des conditions de terrain difficiles. Un équipement mobile plus léger peut être utilisé lors du forage de puits d’eau à l’aide de la méthode du carottage.

Avantages et inconvénients de la méthode de base

Grâce à l'action ponctuelle de la couronne le long de son rayon, une coupe précise et une mise à la surface d'un noyau solide sont assurées. La technologie est applicable au forage de roches jusqu'à XII catégories, vous pouvez travailler aussi bien perpendiculairement qu'en angle.

L'un des indicateurs les plus importants de la méthode de carottage est une productivité et une vitesse de forage élevées.

En plus de cela, les avantages suivants peuvent être soulignés :

• Le volume de forage en cas d'utilisation de liquide de rinçage ou d'eau de traitement est de 85 % ;
• L'introduction d'émulsions actives dans la solution de travail permet de maintenir les parois du puits dans leur état d'origine ;
• Grâce à la réduction des charges axiales due au fait que la roche n'est pas détruite de manière continue, une réduction des coûts énergétiques est obtenue.
• La méthode vous permet de travailler avec n'importe quelle roche, y compris le basalte et le granit.
• Lors de l'utilisation d'une machine mobile préfabriquée, il est possible d'effectuer des travaux dans des endroits difficiles d'accès.

Outre ses avantages, le carottage a aussi ses inconvénients :

• Lors de travaux dans des roches fracturées, un blocage du noyau se produit souvent, ce qui nécessite de retirer le tuyau pour le faire tomber.
• Lors du passage à travers des roches dures, le foret s'émousse rapidement en raison de la surchauffe et du collage. Pour éviter cela, il est nécessaire d'utiliser du liquide de refroidissement et de réduire le débit. En conséquence, la vitesse de forage diminue.
• La petite section (jusqu'à 200 mm) de perçage ne permet pas l'utilisation de puissants submersible pompes.

Lors du développement de puits d'eau, si une solution d'argile est utilisée lors de l'ouverture de la formation, il existe une forte probabilité d'envasement de l'aquifère.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo 1. La première étape du forage d'un puits par la méthode du carottage :

Vidéo 2. Carottage d'un puits dans une roche granitique :

Le début du carottage d’un puits doit être précédé d’un calcul économique. Le respect des normes de sécurité et des règles de fonctionnement des équipements minimise le risque de panne de l'équipement, garantissant ainsi une efficacité de fonctionnement élevée, une vitesse de forage et des coûts économiques réduits.

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