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Hammami habib Rapport de sortie Ain Batria et Elhawaria
Le matin : la visite de la station de forage d'Ain Battria :
I. Description du site:
Ce forage est en cours d'exécution dans le gouvernorat de Zaghouan à 21km vers la ville
d'Enfidha. Il est destiné à la SONED pour l'alimentation de la région en eau potable.
Figure 1: Vue de dessus de site de forage
II. Composantes de la sondeuse SS22TH:
En plus des sondeuses à percussion et à système Rotary mécanique, il existe des appareils
combinant les deux méthodes de forage. Ces machines sont à transmission hydraulique, à tête
rotative et comportant des composantes particulières. Elles permettent de rassembler les
avantages de deux types de machines en un seul.
La sondeuse utilisée pour l'exécution de ce forage étudié appartient à ce genre, elle est de
type SPEED STAR 22TH et la TH60.
La sondeuse autotractée SS22TH d'origine américaine est mise en service depuis 1985. Elle
travaille au marteau fond de trou aux trois versions, boue, air et mousse.
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Figure2: La machine SS22
1. Capacité:
La capacité au crochet de la machine est de 27 tonnes et peut atteindre 300m au diamètre
12"1/4 et 350m au diamètre8"1/2. Elle est équipée d'un moteur Detroit Diesel 8V-92TA ayant
une puissance de 445cv à 2100trs/m. Il est conçu pour le fonctionnement continu par
l'intermédiaire d'une boite de transfert assurant les fonctions suivantes:
La propulsion du véhicule
L'entrainement des diverses pompes hydrauliques pour les différentes fonctions de la
sondeuse ainsi que du compresseur d'air.
Toutes les commandes de la sondeuse sont hydrauliques sauf les commandes d'air
comprimé qui sont pneumatiques.
2. Le mât:
Le mât ou derrick de section carrée est dirigé vers la verticale par deux vérins hydrauliques.
Sa hauteur utile de 49' (15m) lui permet la descente des tubages en éléments de longueurs
10m(Range2).
Sa capacité est de 55 tonnes. Il est équipé de rails guides qui offrent à la tête rotative le
moyen de se rétracter par rapport à l'axe du trou et permettre la manutention de tubage.
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3. Système d'injection d'eau:
Pour travailler à la mousse, un système d'injection d'eau comprenant une pompe triplex
modèle CAT2525 à pulsation permet de refouler dans les tiges le mélange eau-mousse à
partir d'un bac de mélange. Cette pompe est activée hydrauliquement avec contrôle de vitesse
variable. Son débit est de 25GPM (95 l/mn) à une pression maximale de 700PSI.
4. Tête rotative et tête d'injection:
La tête rotative coulissante remplace la table de rotation d'une sondeuse classique. Le train
de sonde est entrainé par la tête rotative qui est elle-même activé par un moteur hydraulique
ayant une vitesse de rotation de 0 à 110tr/mn et un couple de torsion de 125000Lbs. Elle est
montée sur un chariot de roulement guidé par rail le long du mât. Elle peut basculer vers
l'avant au cours de forage et vers l'arrière pour permettre le dégagement complet du trou de
forage (pour la descente de tubage, crépines, pompes.)
La tête rotative permet également d'injecter le fluide de circulation et d'assurer son arrivée
à la garniture du forage par l'intermédiaire d'une tête d'injection de diamètre intérieur 3". Un
mandrin flottant ou amortisseur de chocs fixé à la base de cette tête protège les roulements
contre les vibrations induites per le fonctionnement du marteau.
5. Le système de Pull Down et Hold Back:
Ce système spécifique aux sondeuses à tête rotatives est composé de deux vérins
hydrauliques à doubles effets dont le piston communique le mouvement de remontée et de
descente de la tête rotative. Il permet de commander les paramètres suivants:
La vitesse de descente du train de sonde
La poussée verticale par la tête rotative sur le train de sonde et permet donc d'avoir du
poids sur l'outil dès le démarrage de la reconnaissance, action pour les sondeuses à
système mécanique ou à percussion.
Le système Hold Back fournit une force de levage de 15000lbs à 33000lbs alors que le Pull
Down à une capacité maximum de 30000lbs.
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6. Pompe à boue:
Une pompe duplex fixée sur le châssis de la sondeuse de type Gardner Denver FY-FXD
7"1/2 x 10", alimentée par le moteur de la sondeuse par l'intermédiaire d'une boite de transfert
à travers un embrayage à friction à plusieurs disques et une courroie de commande. Son débit
de refoulement est de 487GPM (1845l/mn) avec 2 pistons de diamètres 7"1/2 et sa pression
est de l'ordre de 574PSI.
Figure 3: pompe à boue
7. Le fluide de forage
7.1 L'air:
L'air est l'énergie nécessaire pour le fonctionnement du marteau et l'évacuation des
cuttings. Il doit être fournit en débit et en pression suffisante par compresseur fixé sur la
sondeuse. Le compresseur installé est de type SULLAIRE DRILL à vis et à deux étages est
fixé sur la machine SS22TH. Il fournit un débit de 750CFM et une pression de 350PSI. Il est
actionné par le même moteur de la sondeuse.
7.2 La mousse:
C'est un mélange d'eau douce (1m3) et de produit moussant (5 à 10litres) exemple le
TUBAFOAM auquel sont additionnés des produits stabilisants qui renforcent la stabilité de la
mousse et le pouvoir porteur des déblais. Ce mélange a une viscosité marsh de 27 secondes et
une densité équivalente à celle de l'eau. Cette concentration permet d'avoir une mousse très
compacte capable de dégager les déblais en présence d'une pression d'air suffisante.
Le pompage du mouse se fait par une pompe triplex de type CAT 2525 à 3 pistons ayant
un débit de 95l/mn et une pression de refoulement de 800PSI (55bars).
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Remonté les cuttings broyés
Lubrifier et refroidir l'outil
Augmenter la vitesse de pénétration de l'outil suite à sa bonne capacité de curage du
trou.
Diminuer le besoin en air:
Eliminer les poussières
Il faut prendre certaines précautions quand on utilise la mousse comme fluide de forage. En
effet, si nous sommes dans une formation argileuse ou marneuse, on constate qu'il y a
augmentation de la densité du mélange eau-mousse suite à les dispersions de l'argile et des
marnes. Encore, quand il y a une venue d'eau la mousse va perdre ses caractéristiques
rhéologiques et ne peut pas maintenir les parois du puits.
7.3 Boue à bentonite:
La boue à bentonite est un mélange entre un volume de 1m3 d'eau et un volume de
bentonite entre 30kg à 80kg selon la densité recherché.
Le mélange se fait dans une fosse à boue et la bentonite y est introduite par un mixer.
8. Garniture de forage:
Les tiges utilisées par cette sondeuse sont des tiges lourdes qui travaillent à la compression.
Elles sont aussi lisses sans tools joints de longueur 6m et ayant les caractéristiques suivantes:
Diamètre extérieur: 4"1/2
Diamètre intérieur: 2"7/8
Poids linéaire: 20ft/lb, soit 27kg/m
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Figure 4 : Les tiges lourdes
9. le Marteau fond de trou:
9.1 Composantes du marteau: Il est composé de deux composantes principales.
Un cylindre comportant:
Raccord supérieur
Clapet anti retour
Ressort de rappel
Guide de clapet
Bague en bonze
Joint torique
Etrangleur calibré ou obturateur
Répartiteur d'air
Piston de frappe
Cylindre
Joint de retenue du piston
Anneau de retenu du taillant
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Busette d'air
Avant cylindre
Taillant
Figure 5: Marteau fond de trou Figure 6 : Taillant
9.2 Principe de fonctionnement du marteau:
Il est descendu au bout de tiges lourdes de forage et animé d'un mouvement de rotation par
la tête rotative, le marteau reçoit de l'air à haute pression. Cet air fait fonctionner le piston de
la manière suivante:
Lève le piston du point mort bas PMB au point mort haut PMH durant la phase
réceptrice.
Crée une haute pression au- dessus du piston durant son élévation.
Quand le piston atteint le PMH, une libération brusque d'air s'effectue appliquant
ainsi une force de frappe au taquet du taillant.
Ce cycle devient répétitif lorsque le piston atteint le bas de la course.
En conséquence le taillant reçoit un mouvement de roto-percutant capable de détriter les
couches dures en petits morceaux qui poussés par l'air comprimé, remontant par l'espace
annulaire tige-trou jusqu'à la surface où ils seront collectés dans des accumulations ou
soufflés hors du champ de travail.
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Le forage au marteau fond de trou est la méthode la plus rapide de pénétration dans les
roches dures. Il est important d'employer une vitesse de rotation optimale afin de prolonger la
vie de l'outil et obtenir une meilleure vitesse de pénétration.
9.3 Les différents types de marteau:
Les modèles de marteau utilisées lors de l'exécution de ce forage sont de modèle Mission
A100-15 et A63-15 et le modèle Digger. Il existe deux types de marteaux qui sont classées
selon leur pression d'utilisation.
Les marteaux à hautes pressions: Ils sont conçus pour forer les trous dans lesquels se
produisent des contres pressions élevées. Ces marteaux peuvent fonctionner sous une
pression de 10 à 24 bars notamment des les forages profonds ou en terrain aquifère
ayant une pression hydrostatique importante.
Les marteaux à moyenne et basse pression: ils sont conçus pour forer à une pression
de 10 à 17 bars.
9.4 Dimensions d'un marteau:
Le marteau de type Mission utilisé dans le forage d'Ain Battria admet comme dimensions
selon qu'indique le tableau suivant:
Tableau 1: Dimensions du marteau Mission
N° Modèle Diamètre
extérieur
Longueur de
l'outil rentrée
Marteau
(pouce) outil
sortie
Couple de
serrage
recommandé
lb/ft
A63-15 6"3/8 60"3/8 61"11/16 13,500-15500
A100-15 10" 70"15/16 72"15/16 30000-3500
III. Composantes de la sondeuse rotary : Mât ou Derrick : De forme carrée Il est caractérisé par sa hauteur et sa capacité
en tonne, il est soulevé par des vérins hydrauliques.1. Pompe à boue:
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C'est une pompe duplex de type GD2500 fixé sur la sondeuse. Elle possède deux pistons et deux cylindres ou glissent les deux pistons lors du mouvement d'aspiration et de refoulement.
Figure 7: pompe à boue2. Deux moteurs :
L’un pour l'actionnement de la table de rotation et l'autre pour la pompe à boue et chacun d'entre eux admettent 6 cylindres.3. Treuil principale:
Sur le plancher de la sondeuse existe deux tambours de forage.Un tambour de manouvre: Nécessaire pour la descente et la remonté de la garniture de forage. Un tambour de curage: leur rôle c'est de réaliser certaines travaux de services exemple la descente d'un outil de repêchage et de soupapage.
4. Système de mouflage
Ce système a comme but de répartir la charge sur plusieurs brins de câble
Table de rotation:
En cours de forage, la table de rotation [rotary table] transmet le mouvement de rotation à la garniture de forage, par l'intermédiaire de fourrures [bushings] et de la tige d'entraînement [Kelly], et, en cours de manœuvre [trip], supporte le poids de la garniture de forage, par l'intermédiaire de coins de retenue.
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Conduite de refoulement
Conduite d'aspiration
Amortisseur de choc
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Figure 8: l'équipement d'entrainement5. Garniture de forage:
7.1 Tête d'injection:
Elle assure la liaison entre la garniture de forage et la tête d'injection et communique le mouvement de rotation de la table à la garniture de forage par l'intermédiaire du carré d'entraînement.
Figure 9: tête d'injection ou Swivell
7.2 La tige carrée ou Kelly:
Elle assure la liaison entre la garniture de forage et la tête d'injection et communique le mouvement de rotation de la table à la garniture de forage par l'intermédiaire du carré d'entraînement. Il possède une section carrée et une longueur utile de 11,28m.
7.3 Les tiges ou Drill pipes: Ils forment la partie principale du train de sonde.
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Table de rotation
Les rouleaux
Bushings
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Leur rôle primordial réside dans la transmission du mouvement de rotation et aussi dans l’écoulement de la boue vers l’outil pour faciliter le travail de celui-ci. Ce sont des tiges de range 2 ayant une longue de 9m.
7.4 Les masse tiges ou Drill collar:
Les masses tiges ont une forme cylindrique ce qui donne une meilleur rigidité. Ils sont placées entre les tiges et l’outil envi d’exercer un poids supplémentaire sur le tricône et encore pour limiter la tendance de la déviation de l’outil durant le forage. Cependant en cours du forage on utilise 3 masses tiges (un masse tige de diamètre 6″ et deux masses tiges de dimensions 8″). Cette graduation de diamètre est généralement conseillée pour éviter tout phénomène de rupture quand on installe des tiges.
7.5 Les tricônes:
Pendant toute l’opération de reconnaissance ils ont utilisé des outils à carbure tungstène avec un diamètre de 12″1/4..les tricônes sont à dents courtes destinée à la foration des terrains dures.
Matériels de manœuvre:
Pour les manœuvres de changement d'outils, de descente de tubage, ainsi que pour les ajouts de tiges en cours de forage, on utilise du matériel de plancher que l'on appelle matériel de manœuvre, ce sont :
- Les clés,
- Les cales ou coins de retenue,
- Les élévateurs,
- Les colliers de sécurité.
Figure 10: les clés de tige Figure 11: clé à chaine
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Figure 12: colliers de sécurité Figure 13: coins pour masses tiges
Figure 14: coin pour tige Figure 15: l'élévateur
IV. Aperçu sur la géologique:
Au cours de ce forage deux méthodes ont été développés le marteau fond de trou et rotary,
pour permettre d'atteindre l'objectif final qui est l'aquifère perméable de la formation Calcaire
à globigérine ou de la formation Calcaire Abiod.
Des études géologiques ont été faites avant l'implantation de ce forage dont le but de
prévoir les structures géologiques souterraines qui dominent cette région. Ainsi, on a
démontré qu'il existe deux structures calcaires une à globigérine de l'éocène et l'autre de
l'Abiod. Ces deux formations peuvent constituer une cible hydrogéologique importante dans
le cas où elles sont suffisamment épaisses et fissurées. Citons ci-dessous les formations qu'on
peut rencontrer lors de l'exécution de ce forage.
Les formations de haut en bas :
Marne gypseux de la formation Souar: cette formation renferme généralement des
niveaux gréseux et glauconieuses.
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Calcaire à globigérine de la formation Bou Dabbous: Il s'agit d'un faciès de calcaires
épais incluant parfois des minces couches de phosphates. Dans cette formation, on
peut remarquer la présence des nummulites et des globigérines qui sont bien
distinguables.
Marne de la formation Haria: c'est une série argilo-marneuse.
Calcaire de la formation Abiod Maestrichtien-Campanien: Elle est caractérisé par des
dépôts carbonatés.
V. Travaux de reconnaissance:
L'objectif primordial de cette phase est d'identifier la nature des couches traversées par
échantillonnage métrique et tester leur productivité ainsi que la qualité de leur eau.
Ces travaux ont été débutés selon un programme de forage bien étudié, tant que la
formation superficiel est argileuse. Alors, il est obligatoire de prendre en compte le
gonflement des argiles suite à l'hydratation qui peut engendrer le coincement de l'outil. Pour
éviter ce problème, il est conseillé de forer avec une boue à bentonite en ajoutant de silicate
de sodium réduisant également l'hydratation.
L'outil utilisé est un tricône 12"1/4 à dentures fraisés avec un code IADC 1-3-3(outil destiné
à forer des terrains moyennement dur et abrasive) jusqu'à une profondeur de 100m.
Figure 16: l'outil 12"1/4
D'après les échantillons recueillis durant le forage on distingue de haut en bas:
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Soit des déblais d'argiles compactes
Soit des déblais d'argiles avec un faible pourcentage en sable.
Des déblais marno-calcaire entre 35 à 46m.
Enfin jusqu'à 100m des déblais calcaires.
On peut noter que à la cote 82m une perte importante de boue a été enregistré. Pour
remédier à ce problème, on a diminué la densité et on a utilisé des colmatant à dose très
importante.
L’après midi : Station de forage de Hawaria :
C’est un forage captant les couches calcaire de l’éocène. Réalisée par la régit de sondage
pour la SONED dans le but de l’alimentation de la zone en eau potable .malgré que le forage
est un peut connue grâce à la présence d’un autre forage réalisé précédemment la productivité
de se forage reste inconnue .en effet le forage est située au bord d’une faille affectant la région
et séparent les deux compartiments des deux forages.
Le forage de Hawaria n’a atteint jusqu’à la visite que l’étape de l’aménagement du chantier
en effet il existe un appareil de forage n’est pas mis en fonctionnement .le tige carré, les tiges,
les masses tiges et l’outil sont mis sur terrains .les fosses à boue ainsi que la plates formes
sont mis en places.
Le forage va être réalisé par la méthode rotary malgré qu’il s’agit d’un forage dans une
formation calcaire dure où il est recommandés d’utilisé le forage par battage ceci est due
essentiellement à la profondeur qui est de l’ordre de 350 mètres.la zone de captage est entre
250 et 350 m. .
Le forage rotary avec ou sans circulation inverse, utilisé pour les forages très profonds ou
moyen, nécessite un matériel lourd. Le fluide ici est de la boue bentonitique ou de ses dérivés
animés à l'aide d'une pompe à boue. La sédimentation se fait dans des fosse ou bacs à boue de
décantation. Le captage étant de type Lyne Hunger où la colonne de captage et le diamètre de
la colonne de captage est inferieur à celui du diamètre de tubage, dans ce cas la crépine
utilisée est de type Nolde ou Johnson. Dans notre forage la crépine est de type Johnson
fabriqué en inox adaptée à la norme de la SONED. Le massif de gravier est non utilisé dans
ce cas.
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