FORAGES
Procédés de forage
Pétrole : premier forage par Drake
AKG-images
Lorsque le « colonel » Drake fora son premier puits en 1859, à 23 mètres de profondeur, près de Titusville en Pennsylvanie, il employa tout naturellement le système de forage par battage au câble qui utilise, pour attaquer le terrain, l'impact d'un lourd trépan suspendu au bout d'un câble qui lui transmet depuis la surface un mouvement alternatif créé par un balancier. Ce procédé a servi pendant la deuxième moitié du xixe siècle à forer la quasi-totalité des puits de Pennsylvanie.
Forage rotary
Lorsque les prospecteurs s'attaquèrent à des terrains plus difficiles, ils durent s'y adapter en créant le procédé de forage rotary. Les premiers essais de cette technique semblent avoir été faits sur le champ de Corsicana (Texas) ; elle se développa rapidement à la suite de la découverte, en 1901, du champ de Spindletop près de Beaumont (Texas) où fut employé un appareil de forage rotary.
La méthode consiste à utiliser des trépans à molettes dentées ou des trépans diamantés, sur lesquels on appuie et que l'on fait tourner. L'action combinée du poids et de la rotation permet aux dents des trépans à molettes d'écailler la roche ou aux trépans diamantés de strier et de détruire celle-ci.
La rotation du trépan est obtenue en faisant tourner l'ensemble des tiges de forage (tubes d'acier de 9 m de long raccordés par des joints filetés) qui relient le trépan à la surface.
Il est possible de faire tourner l'ensemble des tiges et du trépan soit grâce à la tige supérieure de section carrée ou hexagonale qui s'engage dans un logement solidaire de la table de rotation, entraînée par un moteur, soit grâce à une tête d'injection motorisée.
On agit sur le trépan au moyen de 100 à 200 m de tubes très épais appelés « masses-tiges » exerçant une force de 100 à 300 daN par mètre, et placés au-dessus du trépan ; ces masses-tiges ayant un diamètre voisin de celui du trépan tendent à maintenir la verticalité du trou.
Pour éliminer les débris de roches détachés du fond par le trépan, on emploie la technique de la circulation des fluides, inventée par M. Fauvelle en 1845. Elle consiste en l'injection d'une boue (mélange d'eau et d'argile) à l'intérieur des tiges de forage. Celle-ci, passant par les orifices du trépan, remonte dans l'espace annulaire compris entre le trou et les tiges de forage en entraînant les déblais jusqu'à la surface. Il suffit alors de faire passer la boue sur un tamis vibrant afin d'éliminer les déblais avant de la renvoyer dans le circuit. Une partie des déblais est conservée pour les géologues qui peuvent ainsi reconnaître la nature des terrains traversés.
Turboforage
Une variante du forage rotary consiste à assurer la rotation du trépan par une turbine de forage ou un moteur volumétrique placé au-dessus de celui-ci et mis en rotation par le fluide de forage. Dans ce cas, les tiges de forage ne tournent pas et la puissance est fournie directement au trépan.
Les turbines comportent de 100 à 250 étages, dont chacun est constitué d'un élément mobile et d'un ensemble fixe. Leur puissance est de l'ordre de 150 kW et elles fournissent des vitesses de rotation variant de 700 à 1 000 tours par minute, pour des chutes de pression de quelque 6 mégapascals (MPa).
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Écrit par
- Didier BRIGANT : ingénieur (E.C.L.) coordinateur forage à l'E.N.S.P.M. F.I.
- Alexandre LEBLOND : Directeur de l'Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs (E.N.S.P.M.), Rueil-Malmaison.
Classification
Médias
Forage et tubage
Encyclopædia Universalis France
Pétrole : premier forage par Drake
AKG-images
Trépans à molettes
Encyclopædia Universalis France
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