Méthodes de forage de puits : principes technologiques et caractéristiques des principales méthodes

La construction d'un puits de prise d'eau implique l'utilisation de diverses méthodes de forage. Les sols meubles et saturés d'eau sont enlevés à l'aide d'une écope. Pour forer des formations argileuses et rocheuses, des méthodes de forage de puits basées sur le principe de rotation et de vibration sont utilisées.

Les travaux impliquent des mécanismes qui permettent le développement de sols de différents types et à différentes profondeurs. Nous vous expliquerons comment choisir la technologie de forage optimale qui vous permettra de terminer rapidement et parfaitement l'excavation du dispositif de prise d'eau.

Pour présenter visuellement les informations que nous proposons, le texte est complété par des diagrammes utiles, des collections de photos et des didacticiels vidéo.

Types de méthodes de forage

Auparavant, le forage de puits aquifères à usage personnel était principalement réalisé manuellement. Il s'agissait d'un processus long et laborieux, de sorte que tous les propriétaires d'un terrain ou d'un chalet ne pouvaient pas se vanter de disposer de leur propre source d'approvisionnement en eau.

Progressivement, le forage mécanisé a remplacé les méthodes manuelles en raison de la facilitation et de l'accélération significatives du processus.

Aujourd'hui, presque tous les puits aquifères sont forés selon une méthode mécanisée, basée sur la destruction du sol, en l'amenant à la surface de l'une des deux manières suivantes : sèche, lorsque les terres usées sont retirées du puits à l'aide de mécanismes, et hydraulique, lorsque il est lavé avec de l'eau fournie sous pression ou par gravité.

Il existe trois méthodes principales de forage mécanique :

• Rotation (le sol est développé par rotation).
• Choc (le projectile foreur détruit le sol avec des impacts).
• Vibrant (le sol est développé par des vibrations à haute fréquence).

La méthode de rotation est considérée comme la plus productive, 3 à 5 fois plus efficace que la méthode par choc et 5 à 10 fois plus efficace que la méthode par vibration. De plus, la méthode rotative est la plus peu coûteuse et la plus accessible, elle est souvent utilisée comme méthode principale de forage manuel.

Les méthodes mécaniques de rotation de forage de puits d’eau ont remplacé les méthodes manuelles inefficaces

À son tour, la méthode de forage rotatif, largement utilisée pour la construction de puits d'eau, est divisée en quatre principaux types de forage :

• cœur;
• vis;
• corde à choc;
• rotatif.

Chaque type de forage rotatif a ses propres caractéristiques et est réalisé avec des équipements spécialement conçus à cet effet. Examinons ces types de forage plus en détail, déterminons quelles sont leurs différences et quelle méthode doit être utilisée dans chaque cas spécifique.

Spécificités du carottage

Le carottage est une méthode mécanique de rotation dans laquelle un sol argileux ou sableux dense est extrait sous la forme d'une carotte cylindrique. Une carotteuse est un tuyau métallique à paroi épaisse.

Au sommet de la carotteuse se trouve un dispositif de fixation des tiges nécessaires à l'extension du train de tiges. Ci-dessous se trouve une couronne dont le type est choisi en fonction de la catégorie de sol à forer.

Lors de l'enfoncement selon la méthode du noyau, le sol est détruit par une couronne en forme d'anneau. La partie interne du noyau est conservée intacte. Pour faciliter le processus de forage dans les limons durs et semi-solides, les argiles et les roches, un fluide de forage est fourni au fond du trou.

Lors du carottage, le sol n'est pas détruit, mais est « foré » avec une couronne et capturé par le tube carotté. La roche forée est extraite à la surface sous la forme d'une carotte - une colonne de roche cylindrique monolithique

Les boues du front de taille sont parfois éliminées par rinçage - en injectant une grande quantité d'eau dans le puits de la mine. Le plus souvent, le rinçage est remplacé par un soufflage d'air comprimé fourni par un compresseur à l'intérieur de la canalisation.Ce type de forage permet de forer des puits d'une profondeur allant jusqu'à 1000 mètres et d'un diamètre de 8 à 20 cm.

Le carottage mécanique est réalisé à l'aide d'appareils de forage tels que ZIF, UGB, UKB, montés sur des véhicules tels que KAMAZ, KrAZ, des débardeurs, etc. Dans la version pour perçage manuel Le tube central est raccourci et appelé cloche ou verre. Le tube central est structurellement similaire au dernier article ménager inversé.

Le carottage est utilisé dans les cas suivants :

• exploration géologique des ressources minérales;
• forage de puits d'exploration;
• construction de puits aquifères de toute profondeur, y compris des puits sans filtre dans les rochers.

Pour appareil puits d'eau privés dans certains cas, la méthode du carottage est utilisée avant de commencer le forage à la tarière ou au rotatif, remplissant simultanément un rôle d'exploration et de préparation.

Dans la construction de puits privés, le carottage est utilisé en combinaison avec le forage à la corde à percussion. Les couches d'argile passent à travers un tube central. Les sables meubles, les graviers et les cailloux remplis de sable, qui ne restent pas dans le tube central, sont retirés du puits par zhelonisation.

En termes d'efficacité, la méthode à base de carottes est quelque peu inférieure à la méthode à la tarière pour forer des puits de prise d'eau. Une tarière fore plus rapidement, mais elle ne permet pas de libérer complètement le puits de la roche forée. Ils sont rarement utilisés par paires. Et si cela se produit, les premiers mètres sont recouverts d'une tarière.

Les couronnes ne détruisent pas le sol, mais le coupent soigneusement autour du périmètre, formant des « colonnes » - des noyaux, en étudiant lesquels vous pouvez créer une section hydrologique du site

Équipements et outils utilisés

Les outils suivants sont utilisés pour le carottage :

• forets en diamant ou autre matériau carbure (acier, tungstène, pobedit);
• tube central;
• tuyau pour l'évacuation des boues;
• tiges nécessaires à l'extension du train de tiges ;
• raccords de couplage, adaptateurs entre tuyaux, presse-étoupe de rinçage.

Lors du forage dans des formations rocheuses, le foret s'use rapidement et doit être remplacé. Le matériau de la couronne est coûteux et peut supporter d'énormes charges ; les options de forage au diamant sont les plus répandues.

Tous les outils utilisés pendant le processus de perçage doivent être alignés, c'est-à-dire être situé exactement par rapport à l'axe de forage.

Technologie de carottage

La principale caractéristique du carottage est le passage de la roche avec sa conservation complète dans le carottier. Ceux. Lorsque l'équipement de forage fonctionne, la couronne détruit le sol en un anneau qui, à mesure qu'il s'enfonce plus profondément, est poussé dans le tube carotté et y est retenu en raison de sa propre densité.

Lors du retrait du tuyau rempli du puits de mine, il est libéré du noyau en le tapotant avec une masse.

Le processus de carottage étape par étape est le suivant :

• le trépan est connecté au tube carotté ;
• le tube central est relié à des tiges, qui augmentent à mesure qu'elles s'approfondissent ;
• la tige supérieure est fixée dans l'appareil de forage ;
• la machine de forage fait tourner le train de tiges et le « visse » progressivement dans le sol ;
• le tube carotté est progressivement rempli de noyau - terre coincée dans sa cavité ;
• après un forage de 50 à 70 cm, le train de tiges est remonté à la surface, les tiges sont déconnectées une à une jusqu'à ce que le tube carotté soit retiré ;
• le tuyau est débarrassé de la roche forée ;
• le projectile vidé est à nouveau abaissé vers le fond, prolongeant le train de tiges avec des tiges.

Les actions sont réalisées dans l'ordre décrit jusqu'à ce que le puits pénètre dans l'aquifère et pénètre 50 cm dans la roche imperméable sous-jacente.

Si la réparation de l'aquifère supérieur n'est pas le but de l'excavation, alors les couches supérieures peuvent être perceuse avec rinçage. Dans ce cas, la pompe évacue la solution de rinçage par un tuyau dans les canalisations. La solution fait ensuite remonter à la surface le sol exploité.

Si le but de la construction du puits n'est pas un aquifère dans des sédiments sableux, le forage jusqu'à atteindre les formations rocheuses peut être réalisé avec rinçage.

De forts avantages et inconvénients

Par rapport aux méthodes de forage mécanique à corde à percussion et à rotation, le carottage est effectué assez rapidement, ce qui réduit considérablement le temps de travail. Son principal inconvénient est l'incapacité de soulever les sols meubles et les cailloux saturés d'eau. Il se déplace lentement dans la roche, nécessitant un ciseau pour pénétrer dans les rochers.

Les avantages du carottage comprennent :

• une productivité élevée et la capacité de forer des puits à une profondeur supérieure à 100 m ;
• réduction des charges sur les équipements de forage dues à la destruction de la roche argileuse, comparable à sa découpe ;
• possibilité d'utiliser une foreuse mobile de dimensions compactes.

Le carottage est l’une des méthodes les plus rapides pour développer des ouvrages de prise d’eau. Un puits de sable peut être foré en une journée ouvrable. En développement prise d'eau manuelle prendra beaucoup plus de temps.

Caractéristiques du forage à la tarière

Ce type de forage est aujourd'hui le plus souvent utilisé lors de la construction de puits aquifères dans les ménages privés. Une particularité du forage à la tarière est que la roche extraite est complètement retirée du site du puits sans utiliser d'équipement supplémentaire. La méthode ressemble à un vissage et vous permet de percer en profondeur et d'éliminer simultanément la terre inutile.

L'outil utilisé pour le forage s'appelle une tarière. C'est une tige métallique avec des lames. Vissée dans le sol, la tarière détruit la roche qui s'attarde sur ses pales. En raison de la conception spécifique de la tarière, il est impossible de libérer complètement la face de la décharge. Par conséquent, il est principalement utilisé pour la pénétration des couches supérieures.

Le forage à la tarière est une méthode rapide et peu coûteuse qui ne nécessite pas l'organisation d'un réservoir pour le liquide de rinçage

Le forage à l'aide d'une tarière ne nécessite pas beaucoup d'efforts et de coûts financiers, le champ d'application de cette méthode est donc assez large : puits d'exploration géologique, pose de communications, construction de puits forés et partiellement forage d'eau.

Il est maintenant activement utilisé pour la construction de puits abyssins, afin de ne pas enfoncer complètement l'aiguille dans un sol dense, mais de faciliter légèrement le processus d'immersion du puits dans une roche précédemment détruite.

La méthode convient au développement de puits aquifères jusqu'à 30 m de profondeur sur des sols meubles et meubles et jusqu'à 20 m sur des sols moyennement denses. Après avoir foré avec une tarière et installé le tubage, le puits de forage doit être débarrassé de la roche non extraite avec une écope.

La tarière n’est absolument pas adaptée au travail dans les zones rocheuses ! Il est utilisé pour le forage partiel de puits jusqu'à 120 m, tandis que cette méthode est combinée avec d'autres : rotatif, choc-corde, carottage.

Équipements et outils impliqués

Le forage à la tarière est réalisé à l'aide d'un appareil de forage dont l'élément principal est un outil de forage à vis en métal à haute résistance. Le train de tiges est élargi avec des tarières de taille égale à mesure qu'il s'enfonce plus profondément.

Le kit comprend parfois des trépans à lame, nécessaires au passage des roches meubles, ainsi que des trépans à tête ronde ou conique, utilisés pour l'exploitation des roches dures.

Une plate-forme de forage basée sur un véhicule équipé d'un moteur puissant est la meilleure option pour forer dans des endroits difficiles d'accès et éloignés.

La plupart des appareils de forage modernes sont équipés d'assemblages creux équipés de verrous réversibles qui empêchent l'outil de se déplacer dans la direction opposée.

Pendant le processus de forage, les parties coupantes de la tarière sont refroidies par le sol développé et la roche développée s'élève en spirale. Cela permet d'effectuer le forage sans arrêt, réduisant considérablement le temps et les coûts énergétiques liés à la création d'un puits aquifère.

Technologie de forage à la tarière

Une fois la pénétration terminée, dont la profondeur est de 1,5 à 2,0 m, la tarière est retirée et le enveloppe. Le diamètre du puits de prise d'eau foré à l'aide d'une tarière est de 50 à 200 mm et dépend de la taille de l'outil utilisé.

L'effondrement des parois du puits est empêché par des tuyaux de tubage. Ceci est particulièrement important pour les sols meubles et non cohésifs, c'est pourquoi les foreurs ont une règle : lors du forage de loams sableux et de loams, utilisez des tarières avec des lames positionnées à un angle de 30 à 60º, et lors du forage de sable dense, des outils avec des lames inclinées. de 90º.

Avec une inclinaison plus petite des tours de la spirale de la tarière, une plus grande partie de la décharge déconnectée est transportée vers la surface par la tarière.

Le forage à la tarière ne nécessite pas l'utilisation de fluide de forage ; la roche développée à l'aide d'un trépan est transportée en surface sur les lames de l'outil

Avantages et inconvénients de l'utilisation d'une tarière

La méthode de forage à la tarière permet de construire un puits le plus rapidement possible, à condition que la taille de la tarière et l'angle d'inclinaison du trépan aient été correctement sélectionnés.

Les avantages du forage à la tarière comprennent :

• le sol remonte à la surface immédiatement pendant le processus de forage ;
• vitesse élevée d'approfondissement du sol sans arrêts technologiques;
• il n'est pas nécessaire de rincer le puits de forage ;
• une tarière compacte ou une tarière manuelle peut être utilisée pour forer à l'intérieur de la maison (au sous-sol) ;
• il n'est pas nécessaire de soulever le premier maillon jusqu'à la surface et de démonter/assembler le train de tiges comme avec la méthode du carottage.

Le principal inconvénient du forage à la tarière peut être considéré comme l'incapacité de travailler sur des sols meubles et très durs, mais en même temps, une tarière est un outil idéal pour forer dans des sols limoneux, mixtes (argileux et limoneux sableux) et argileux mous.

Un autre inconvénient qui limite l'utilisation d'une tarière pour la construction de puits aquifères est la nécessité d'utiliser la méthode de la corde à choc pour nettoyer le puits des roches déversées.

Similarité tarière - bobine Largement utilisé dans le perçage manuel. Il détruit la roche de la même manière et la saisit avec ses lames pour l'extraire vers le haut.

Caractéristiques du forage rotatif

Le forage rotatif est une méthode de forage roto-vibratoire, dans laquelle la destruction du sol est réalisée à l'aide d'un trépan entraîné au fond du puits par le rotor de l'appareil de forage. Le rotor tourne à partir d'un moteur de voiture ou d'un moteur électrique installé séparément via un arbre d'entraînement.

Le sol développé est éliminé du puits par rinçage direct ou inversé. La solution de lavage peut être fournie soit par gravité, soit par une station de pompage.

La plupart des puits artésiens sont forés à l'aide de la méthode de forage rotatif : à l'aide d'un foret entraîné en rotation par un rotor, suivi d'un rinçage du puits et de la fixation des tuyaux de tubage.

Le forage rotatif est utilisé pour développer des sols rocheux et semi-rocailleux lors de la construction de puits profonds jusqu'à 150 M. Une plate-forme de forage rotative avec un trépan correctement sélectionné et des tiges de forage lestées s'adapte bien aux formations rocheuses.

Les experts en forage recommandent d'utiliser cette méthode de forage sous réserve des conditions suivantes :

1. La section hydrogéologique du site a été assez bien étudiée. On sait qu'il faudra forer des roches. Le niveau d’occurrence de la zone aquifère dans le substrat rocheux est connu.
2. Les eaux souterraines ont une pression caractéristique des puits artésiens
3. Il existe la possibilité d'une livraison ininterrompue d'eau technique pour le rinçage du puits.

Dans les régions du sud, le forage rotatif peut être effectué toute l'année, mais dans le climat nordique, l'utilisation de cette méthode est limitée en raison de la possibilité de gel du fluide de forage.

Équipements et outils utilisés

Le forage rotatif des puits aquifères est effectué à l'aide d'un châssis ou d'une tour en treillis sur lequel se trouvent des équipements de levage et d'autres éléments de l'appareil de forage. Le derrick permet de monter et descendre les trains de tiges de forage dans le puits.

L'appareil de forage de type rotatif comprend :

• tour à ossature ou en treillis;
• moteur d'entraînement ;
• rotor et train de tiges ;
• équipement de pompage et système de purification du liquide de rinçage ;
• matériel de levage, conduite de pression, émerillon, joints, etc.

Les plates-formes automotrices utilisent le moteur à combustion interne d'un véhicule comme moteur, sur la base duquel est situé le complexe de forage. Dans ce cas, la puissance du moteur régule la vitesse de l'outil de forage.

La source d’énergie d’une plate-forme de forage rotative peut être un moteur électrique fixe ou mobile, le moteur à combustion interne d’une voiture ou des générateurs.

Le rotor, à l'aide d'un dispositif à engrenages, transmet la rotation au tuyau d'entraînement, qui à son tour la transmet à l'outil de forage principal - le trépan.Le burin peut avoir différentes formes et est constitué de matériaux à haute résistance : composites, acier diamanté, etc.

Pour chaque type de sol, une taille et une forme particulières du foret sont sélectionnées, garantissant ainsi une efficacité et une vitesse de pénétration élevées.

Le caractère unique de la technologie du rotor

Le forage rotatif des puits d'eau s'effectue en trois étapes :

1. Destruction de roche à l'aide d'un burin.
2. L'enlèvement de la roche détruite à la surface par un jet d'eau injecté.
3. Renforcement des parois du puits avec des tuyaux de tubage.

L'élimination des terres détruites s'effectue par lavage inversé ou direct. Le choix de la méthode de rinçage dépend de conditions spécifiques : profondeur du puits, type de sol, disponibilité du volume d'eau de rinçage requis.

En règle générale, les fermes privées utilisent une technologie de forage à circulation directe, qui comprend les étapes suivantes :

• enfoncer un foret de grand diamètre dans le sol ;
• rotation du trépan sous l'influence du rotor ;
• installation de tiges de forage et installation de tuyaux lestés entre elles et le trépan ;
• élimination des déchets par pression de liquide à l'aide d'une pompe ;
• installation d'un tube de tubage pour empêcher la terre de tomber à l'intérieur du puits ;
• percer avec un foret d'un diamètre plus petit et répéter tout le cycle.

Lors du rétrolavage, la terre est retirée du puits à travers les tuyaux du train de tiges et le fluide de rinçage est versé entre les parois du puits et les tuyaux.

L'eau s'écoule par gravité dans un réservoir pré-préparé, où elle est nettoyée du sol et des boues, et retourne au train de tiges pour une nouvelle portion de stériles.

Dans certains cas, lors du forage rotatif, on n'utilise pas de rinçage direct ou inversé, mais un soufflage d'air sous pression créé à l'aide d'un compresseur.

Avantages et inconvénients du forage rotatif

Le principal avantage de la méthode rotative est la possibilité de forer des puits profonds avec prise d'eau dans du calcaire fracturé.

De plus, cette méthode de perçage présente les avantages suivants :

• haute qualité d'ouverture de l'aquifère dans le substrat rocheux ;
• la possibilité de construire un puits de grand diamètre jusqu'à 200 cm ;
• vitesse de perçage élevée, faible consommation d'énergie.

Un inconvénient important du forage rotatif est la nécessité d'organiser un rinçage du puits.

Quelle méthode de perçage dois-je choisir ?

Toutes les méthodes de forage mécanique envisagées sont largement utilisées pour la construction de puits aquifères.

Pour résumer, nous pouvons dire que :

1. Il est conseillé d'utiliser le carottage pour la pénétration dans les sols argileux plastiques.La méthode à noyau convient à la construction de la plupart des ouvrages de prise d'eau ; si nécessaire, elle est utilisée en conjonction avec la méthode à corde de choc.
2. Le forage à la tarière a une portée similaire à la méthode de carottage. Il s'en distingue par la mauvaise qualité du nettoyage du forage et nécessite l'utilisation obligatoire d'une écope ou un rinçage prolongé du puits avant l'exploitation.
3. Le forage rotatif est la meilleure option pour forer des puits dans des sols rocheux.

Le coût de développement d'un puits à l'aide d'une méthode de forage particulière dépend en grande partie de l'équipement utilisé, ainsi que des catégories de forabilité des roches forées.

La méthode correctement choisie pour forer un puits contribuera non seulement à réduire le temps consacré au forage, mais vous permettra également d'exploiter la source d'eau sans problème à l'avenir.

Vous pouvez lire comment fabriquer une plate-forme de forage de vos propres mains dans un autre article article populaire notre site.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n°1. Démonstration du principe du carottage classique avec carottage sous pression d'eau :

Vidéo n°2. Caractéristiques du forage d'un puits avec une tarière :

Vidéo n°3. Carottage d'un puits avec rinçage du fond et pose d'un double tubage dont la partie extérieure est en tubes d'acier, la partie intérieure est en polymère :

Le forage d'un puits aquifère est un processus qui demande beaucoup de main d'œuvre. Non seulement la rapidité de mise en place d'une source d'eau autonome, mais aussi les coûts financiers dépendent de l'exactitude de la méthode de forage choisie.

La première chose à laquelle vous devez faire attention lors du choix d’une méthode de forage est le type de sol et la profondeur de l’aquifère. Sur la base de ces paramètres, vous pouvez choisir la meilleure option qui vous permettra de forer un puits rapidement et à moindre coût.

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