Forage de puits rotatifs : aperçu de la technologie de forage et de l'équipement nécessaire

Si une maison de campagne ne peut pas être raccordée à une alimentation en eau centrale, vous devez organiser un système autonome.La plupart des propriétaires préfèrent le construire sur la base d'un puits dont l'exploitation utilise diverses méthodes. Nous examinerons le forage de puits rotatifs - une option très prometteuse, mais jusqu'à présent peu connue.

L'article que nous vous proposons décrit en détail les subtilités de la technologie rotative et les outils utilisés. Les avantages et les inconvénients de cette technique sont analysés et les modalités de sa mise en œuvre pratique sont présentées. Nos conseils seront utiles aux propriétaires prudents de parcelles privées qui souhaitent surveiller le travail des foreurs.

Définition du forage rotatif

Tout d’abord, regardons ce qu’est réellement le forage de puits rotatifs et quelles sont ses alternatives ? Le forage à la tarière est toujours reconnu comme l’une des méthodes les plus courantes de construction d’une prise d’eau.

Cependant technologie de vis ne permet pas le passage du substrat rocheux. La perceuse à vis utilisée dans le forage à la tarière n'est pas capable de détruire le calcaire. Mais il arrive souvent qu'il soit nécessaire de creuser dedans, car... les couches sus-jacentes n'ont pas un débit stable et suffisant pour l'exploitation.

La technologie du carottage et de la tarière ne permet pas de pénétrer dans les formations rocheuses. Dans le cas de la construction d'un puits sur calcaire, il est plus efficace et économique d'utiliser la méthode de forage rotatif

Par conséquent, la technologie rotative, auparavant utilisée uniquement dans l'industrie minière, a commencé à être introduite dans la construction de structures de prise d'eau privées. Son élément de travail est légèrement situé dans la partie fond du puits. À l’aide d’un ciseau, les sols cohérents et non cohérents sont détruits et le substrat rocheux est broyé.

L'excavation de la roche détruite est réalisée à l'aide d'un liquide amené au fond par une colonne de travail ou annulaire espace. Il s’agit de 2 méthodes de forage différentes, dont chacune sera discutée en détail ci-dessous.

Le diamètre du foret dépasse le diamètre du fil de travail, ce qui permet :

• réduire la consommation d'énergie pour l'ensemble du processus de forage (l'énergie est dépensée directement uniquement pour faire tourner le trépan avec force dans le fond du trou, et les pertes dues au frottement du train de tiges de travail contre les parois du puits sont minimisées) ;
• protéger la plupart des éléments de la colonne de travail des dommages, ainsi que les parois du puits foré de la destruction ;
• créer des puits d'un diamètre impressionnant (par exemple jusqu'à 70 cm) à des profondeurs extrêmement impressionnantes.

De cette façon, vous pouvez former des puits aquifères, profondeur de 300 mètres ou plus, soit forer des ouvrages de prise d'eau pour approvisionner en eau les zones de datcha et les villages.

Donc, la définition : le forage selon le principe rotatif est une méthode de développement d'un puits dans laquelle la force sur le trépan dans le fond du trou est transmise depuis le rotatif rotateur à travers la colonne de travail. Il est assemblé à partir de tiges - des tuyaux en acier étroits qui sont reliés séquentiellement les uns aux autres le long d'un évidement dans le sol.

Mais pour nettoyer le puits et la face de la mine des boues, on utilise de l'eau fournie sous pression.Grâce à cette solution, il n’est pas nécessaire de démonter et remonter constamment le train de tiges pour extraire la carotte, comme dans le cas du carottage.

Le fluide injecté dans l'excavation résout immédiatement deux problèmes importants : il ouvre la voie à l'appareil de forage pour poursuivre les travaux et produit bien nettoyernécessaire pour préparer la prise d’eau au fonctionnement.

Avantages de la technologie rotative

Quels sont les avantages du forage rotatif par rapport aux alternatives possibles ? Il y en a plusieurs.

PremièrementÀ l'aide d'une fraise rotative, vous pouvez créer des puits de grand diamètre capables de satisfaire pleinement les besoins en eau de plusieurs ménages à la fois.

Ce n’est un secret pour personne que le forage n’est pas un processus bon marché : il nécessite un équipement spécialisé et des foreurs expérimentés doivent surveiller et gérer le processus. Après tout, l'activité associée au forage de puits est autorisé. D'où son prix élevé.

En raison de sa forme et de sa conception, le trépan lors du forage rotatif peut former des puits d'un diamètre beaucoup plus grand que les foreuses à tarière et les tubes carottés.

Réunir plusieurs ménages à la fois pour financer un puits commun pour des parcelles adjacentes est une entreprise économiquement rentable. Mais cela nécessite un débit important. Dans la plupart des cas, les aquifères de sédiments quaternaires (sables) ne peuvent pas les fournir.

Naturellement, pour un fonctionnement collectif, il est préférable d'installer la prise d'eau sur du calcaire. Les eaux souterraines qui en sont extraites se caractérisent par une plus grande abondance et une plus grande pureté. Le volume des précipitations n'a pas la moindre influence sur le débit des puits sur calcaire. On ne peut pas en dire autant des puits de sable.

Deuxièmement, convaincu par les coûts énergétiques relativement faibles. L’élément de travail du forage rotatif est le foret. Mais contrairement à la vis et carottage, l'outil de forage n'interagit pas avec les parois du trou percé

C'est-à-dire que seul le trépan est en contact direct avec le sol dont la hauteur est négligeable par rapport à la hauteur de l'ensemble du train de tiges. De ce fait, cette méthode de formation de puits est la plus rapide - jusqu'à 1000 mètres linéaires par mois !

Troisième, la clientèle collective est attirée par la profondeur de forage. Ce n'est qu'avec la méthode rotative qu'un puits peut être foré profondément dans les roches métamorphiques et ignées du substrat rocheux, à partir des fissures desquelles peut être pompée de l'eau, dont la composition est la plus adaptée à la consommation.

Le plus souvent, seules les eaux de process sont extraites des ouvrages de prise d’eau situés à moins de 30 m de profondeur. Sa composition est influencée par les réservoirs voisins, les rivières jonchées d'ordures, les précipitations et simplement les fluides techniques déversés sur le sol. Une tarière et un tube carotté permettront d'obtenir uniquement une telle prise d'eau.

L’ensemble de l’équipement de forage est facilement monté sur une seule plate-forme de véhicule de poids moyen. Cela rend le processus de forage rotatif beaucoup plus avancé technologiquement et donc moins cher.

De plus, le forage rotatif permet de parcourir les chantiers en profondeur sans passer à une autre méthode de forage. Lors du développement d'un puits avec une tarière, par exemple, s'il est nécessaire de forer un rocher, ils passent à la méthode de la corde à percussion.

Pour ce faire, retirez la tarière du canon et lancez le foret en face jusqu'à ce que le rocher soit brisé. Puis massacre dégagé avec une écope. Il est également utilisé s'il est nécessaire de remonter à la surface du sable saturé d'eau, qui ne peut tout simplement pas être retenu dans le tube central.

La pratique montre que les puits forés selon la méthode rotative ont une durée de vie plus longue. Technologiquement, cela s'explique par le fait qu'après l'installation du tubage qui forme les parois du puits, l'anneau est encore renforcé.

Équipement pour la construction de puits

Tout d'abord, une console verticale est installée à la surface au-dessus du puits pour une fixation ultérieure des maillons verticaux du train de travail. Le premier maillon de cet arbre de forage est équipé d'un élément de travail - un trépan, qui peut avoir différents formats, en fonction de la catégorie de forabilité de la roche.

Bien entendu, des équipements plus compacts sont utilisés pour forer des puits aquifères et, en règle générale, la formation d'une tour désignée n'est pas requise.

Ensemble d'outils de perçage

Lorsque le premier maillon, la bougie, est approfondi, le suivant, appelé tige, est placé dessus, et ainsi de suite. La longueur de chacun de ces blocs de tuyaux peut varier de 20 à 50 M. Pour simplifier la formation de la colonne de travail, chaque tige est équipée d'un filetage conique avec verrou.

Le résultat est un outil de forage composé de :

• peu de travail;
• tige d'entraînement ;
• colonnes de tiges ordinaires reliées entre elles par des accouplements.

Le fil de travail est maintenu à l'aide d'un émerillon entraîné en rotation par un rotor. En fonction de la profondeur prévue du forage, ainsi que des propriétés physiques et mécaniques du sol, des tiges standard ou lestées sont utilisées pour former le maillon principal.

La tige d'entraînement est typiquement un tube lesté car elle a une mission technologique importante. À travers celui-ci, une solution de lavage s'écoule dans la face du trépan, dont la tâche est de laver la roche concassée. Et cela, à son tour, met en avant des exigences en matière de connexions de couplage, dont la tâche est de sceller les connexions entre les maillons.

N'oubliez pas que la pression du liquide dépend directement de la hauteur de la colonne à former (et ne dépend pas de la section du tuyau). De plus, même si de l'eau est utilisée comme solution de rinçage, tous les 10 mètres, la pression augmentera de 1 atmosphère.

A titre de comparaison, cela vaut la peine de donner un exemple. La pression de service dans le réseau de canalisations domestiques de la maison est de 10 atmosphères et les canalisations les plus résistantes sont conçues pour une pression de 20 atmosphères.

Ce n'est que si les systèmes domestiques sont stationnaires et ne bougent pas qu'une pression égale au poids du train de tiges est appliquée sur la tige d'entraînement. Mais il doit quand même transmettre l’impulsion de rotation et la force au foret.

Les accouplements sont les éléments les plus critiques de la tige, car ils supportent le poids de toute la partie inférieure de la tige adjacente, ainsi que la charge des vibrations dynamiques et du mouvement de rotation transmis par le moteur.

Les exigences suivantes sont imposées aux accouplements en tant qu'éléments structurels d'un train de tiges :

• doit assurer l'étanchéité du raccord de tige et résister à une pression de fluide jusqu'à 100 atmosphères (pour nettoyer le fond avec un jet sous pression) ;
• doit être résistant à l'usure pour ne pas devenir inutilisable en raison du frottement contre les parois du puits ;
• doit être capable de transmettre le couple du haut du train de travail vers le bas et finalement jusqu'au foret.

Il est extrêmement important que les accouplements soient de bonne qualité. Si au moins l'un d'entre eux ne résiste pas à la charge et que la corde de travail est déchirée, il sera alors extrêmement difficile de rassembler sa partie inférieure avec le foret. En termes de coûts d'investissement, il est parfois plus facile de forer un nouveau puits à proximité que de retirer une tige d'entraînement détachée.

Utilisation de l'eau pendant le forage

Le liquide apporté au visage est le plus souvent de l’eau ordinaire. Parfois, afin de stabiliser un puits de forage traversant des roches meubles et incohérentes (dépôts de sable, de pierre concassée, de gravier et de galets), une solution contenant des additifs de forage est introduite dans le puits. Ceci est nécessaire car le tubage n'est pas installé dès les premières étapes de l'excavation.

L'eau pénètre dans l'excavation soit sous pression à l'intérieur de la tige d'entraînement (puis le pompage s'effectue à travers annulaire l'espace), ou par gravité à travers annulaire l'espace, et l'élimination s'effectue déjà à travers la colonne de travail avec une pompe de pompage.

Il s’agit de 2 technologies de forage rotatif différentes dont les caractéristiques seront abordées ci-dessous.

Le forage rotatif se caractérise par la vitesse de développement la plus élevée d'un puits d'eau. Simultanément au forage, le puits est lavé et les chantiers sont préparés pour une exploitation future.

Cependant, quelle que soit la méthode utilisée, le fluide utilisé partout dans le forage doit être purifié (pour une utilisation ultérieure).

Pour cela, l'ensemble d'équipements suivant est utilisé :

• Grange de stockage de boue de forage. (Si vous envisagez de forer un puits peu profond, en quelques dizaines, vous pouvez le construire directement dans le sol et de l'eau ordinaire est utilisée comme liquide de rinçage). La grange agit comme une batterie pour le liquide de rinçage.
• Tamis vibrant. La solution de rinçage extraite du puits transporte des particules de roche concassée qui doivent être éliminées. La méthode la plus efficace est mécanique, utilisant un tamis vibrant.
• Puisard. Une fois les grosses particules de roche retirées, le liquide entre dans un bassin de décantation pour éliminer les particules en suspension qui précipitent. Lors de l’utilisation de l’eau comme liquide de rinçage, un puisard est parfois construit directement dans le sol. De plus, il est utilisé pour séparer les substances liquides et les sédiments. hydrocyclone.
• Pompe à boue. C'est lui qui assure la circulation de la solution de lavage.
• Système de gouttières. Ils sont nécessaires au déplacement de l'eau du point de formation de l'excavation jusqu'au lieu de son épuration.

Au total, pour développer un puits utilisant la technologie rotative, les mécanismes et équipements suivants sont nécessaires :

1. Tour ou console pour assembler un train de tiges à partir de tiges et le démonter une fois le forage terminé, ainsi qu'un système de déplacement.
2. Moteur, assurant la rotation du rotor.
3. Équipement liquide. Mécanismes et dispositifs permettant d'assurer la circulation du liquide de lavage et son nettoyage (pompe ; tamis vibrant ; décanteurs et/ou hydrocyclone; grange de stockage pour liquide de lavage; système de canalisations et gouttières).

Pour le forage rotatif de puits peu profonds, l'ensemble des équipements répertoriés est très compact (par exemple, la flèche de la console est pliable). Cela garantit la facilité de placement de l'équipement de forage dans n'importe quel endroit pratique pour les opérations de forage et les opérations ultérieures.

Deux options de perçage rotatif

Selon le mode d'alimentation en fluide de forage jusqu'au fond, il existe 2 types de technologie de forage rotatif :

1. avec alimentation directe;
2. avec avance inversée.

Il convient de noter que le liquide fourni au visage n'est pas uniquement destiné au lavage et à l'élimination des pierres concassées. Il refroidit également le foret, qui devient très chaud à cause du frottement. Dans le cas d'une alimentation directe en liquide, la pompe crée sa surpression.

L'eau pénètre dans le trou de fond par les trous technologiques du trépan, « ramasse » la roche concassée puis s'écoule par gravité à travers le puits (c'est-à-dire à travers annulaire espace par rapport à la tige d'attaque) pénètre en surface, où il pénètre dans le complexe de nettoyage (tamis vibrant, hydrocyclone).

Le rinçage peut être direct ou inversé, ce qui déterminera les caractéristiques de qualité de l'équipement utilisé, mais le schéma de principe est valable pour les deux types de technologie.

La technologie d'alimentation inversée implique que le fluide de rinçage s'écoule vers le fond par gravité, en descendant à travers le puits, mais que la solution contenant le matériau broyé retourne à la surface à travers le tuyau de la tige d'entraînement. Dans ce cas, la pompe à boue crée une pression négative.

Malgré l'apparente simplicité des deux technologies, il existe ici bien plus de nuances qu'il n'y paraît à première vue. Il semble donc opportun de s'attarder plus en détail sur chacune de ces technologies de forage.

Forage avec alimentation directe en liquide de rinçage

Cette technologie est aussi parfois appelée « débit d’eau direct ». Il est conseillé de l'utiliser sur des sols sableux, graveleux, concassés. Il est également utilisé si la profondeur de l'aquifère ne dépasse pas 30 m. C'est ici que des additifs sont ajoutés au liquide, qui augmentent sa densité et la stabilité du tronc.

Le forage rotatif se caractérise par une réduction progressive du diamètre du puits foré. En d’autres termes, le puits de plus grand diamètre est foré en premier, puis s'installe tuyau, et l'espace annulaire entre la surface extérieure du tuyau et la paroi du puits est rempli de mortier de ciment à travers des trous technologiques.

Le forage continue ensuite avec un foret plus petit. Puis à nouveau le boîtier, et la nouvelle section a un diamètre encore plus petit, etc. Moins vous avez besoin d'être « distrait » par la cimentation d'un puits, plus la productivité du forage est élevée, ce qui se traduit finalement par le coût total du processus et du puits dans son ensemble.

De plus, un tubage trop fréquent conduit finalement au fait que le diamètre effectif du puits (le diamètre qui ouvre l'aquifère) est fortement réduit. Ainsi, le «courant d'eau direct» se caractérise par le fait qu'un puits avec cette méthode de formation ne peut pas être planté jusqu'à 100 mètres.

La pression principale du liquide de rinçage est créée par la pompe à l'intérieur de la tige d'entraînement, et annulaire Le liquide contenant des éléments de pierre concassée remplit l'espace par gravité, sans détruire la paroi du puits par excès de pression.

Schéma de perçage avec alimentation directe en liquide de rinçage. Il est introduit dans le visage par le tube principal et remonte à la surface par gravité.

Cependant, cette méthode de forage présente également des inconvénients. Surtout trop longtemps sans boîtier Cette zone conduit à l'introduction de fines particules d'argile dans les aquifères, ce qui peut réduire et ralentir considérablement l'écoulement de l'eau dans les chantiers depuis l'aquifère.

Ces particules jouent ici le rôle de bouchons particuliers de pores et microcanaux dans la roche à travers laquelle l'eau s'infiltre.Par conséquent, la procédure de tubage effectuée pendant le processus de forage est nécessaire pour maintenir la productivité du puits dans son ensemble.

Forage avec flux inversé de liquide de rinçage

Avec cette méthode de contrôle des fluides, le canon et le fond sont mieux nettoyés. La pompe ici ne presse pas le liquide dans le fond, mais au contraire l'aspire, ce qui conduit au fait que la vitesse de formation d'un puits avec un peu augmente d'un ordre de grandeur et même plusieurs fois plus. par rapport au rinçage direct.

Le puits lui-même n'est pas soumis à une contamination par des inclusions d'argile avec l'écoulement du fluide de rinçage fourni. Après tout, la pompe aspire tout ce qu’elle peut contenir. À propos, les additifs supplémentaires n'ont aucun sens pratique ici, c'est pourquoi de l'eau propre est utilisée comme même liquide de rinçage.

Schéma de rétrolavage lors du forage rotatif. L'alimentation s'écoule par gravité à travers l'espace annulaire et la boue est retirée par une pompe à travers le tube de tige avant.

Alors, résumons les avantages du forage à flux inversé :

• la vitesse de forage augmente (par rapport à un cours d'eau direct) jusqu'à 15 fois ;
• l'aquifère n'est pas obstrué par des particules d'argile et des grains de sable limoneux provenant du fond, mais à durée indéterminée niveaux de puits ;
• grâce à l'ouverture de haute qualité de l'aquifère, le puits n'a pas besoin d'être préparé en plus pour l'exploitation, vous pouvez immédiatement installer le tubage interne avec un filtre et commencer le pompage ;
• De l'eau simple (et donc bon marché) est utilisée comme fluide de travail.

Cependant, cette méthode présente également un inconvénient important.Cela nécessite l'utilisation d'équipements coûteux, ce qui entraîne finalement une augmentation significative du coût de l'ensemble du processus de forage dans son ensemble.

Par conséquent, le forage « à flux d'eau inversé » n'est effectué que dans les cas où le puits est conçu pour être exploité par plusieurs ménages à la fois. Mais si le puits est conçu pour un usage individuel, il est alors beaucoup plus raisonnable d'utiliser la technologie de forage rotatif avec débit d'eau direct.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n°1. Une démonstration visuelle du processus de forage rotatif étape par étape :

Vidéo n°2. Analyse de la technologie rotative et des principes de construction des puits :

Vidéo n°3. Circulation de l’eau lors du forage rotatif :

La situation en matière de présence et de profondeur des aquifères peut varier considérablement d'un endroit à l'autre (et dans certains endroits, il n'y en a pas du tout, comme sur l'île de Madère).

Lors de la conception d'un puits et du choix de la méthode de forage rotatif optimale, vous devez utiliser les cartes existantes des aquifères explorés. Cela vous aidera à économiser beaucoup d’argent et de temps.

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