Dans les discussions de projet de forage profond, le chiffre de la profondeur de forage est souvent le premier mis sur la table : 1000 mètres ou 1500 mètres, comme s'il suffisait de l'augmenter pour couvrir davantage de puits. Mais dans le trou réel, la profondeur de forage n'est qu'une limite nominale ; elle ne produit pas de capacité en soi et ne dit pas dans quelles conditions cette machine peut terminer le puits. En prenant les données publiques du WR1500S comme exemple, la profondeur maximale de forage de 1500 m est une ligne du tableau de spécifications, mais le même tableau contient aussi une force de levage de 80 T, un couple de rotation de 31000/15500 N·m, une pression d'air recommandée de 1,65–8 MPa, un poids total de 28 T, etc. C'est la relation entre ces valeurs qui détermine si le forage profond peut être mené comme prévu.
Plus le trou est profond, plus le poids propre du train de tiges augmente en premier
La première conséquence de l'augmentation de la profondeur n'est pas une capacité insuffisante de l'équipement, mais le fait que ce qu'il faut soulever et descendre devient plus lourd. Les tiges de forage de 9,6 m, de diamètre recommandé 114/127 mm, sont vissées les unes aux autres, et leur poids propre s'accumule avec la profondeur. La force de levage de 80 T et la pression axiale de 16 T du WR1500S se situent dans cette chaîne : la force de levage correspond aux manœuvres de descente et remontée, à la récupération des outils et à certaines opérations de tubage de grand diamètre ; la pression axiale correspond à la composante appliquée au fond du trou pendant le forage.
Il y a ici un point facile à mal interpréter. Les 80 T ne sont pas « une valeur utilisée dans chaque puits » ; c'est une marge qui varie avec la profondeur, les spécifications du train de tiges, le frottement des parois et les résistances locales. À mesure que la profondeur augmente, le poids propre du train de tiges, le frottement des parois, le poids du tubage et d'éventuels coincements locaux s'additionnent ; si la marge de force de levage est insuffisante, les manœuvres deviennent pénibles en premier. Inversement, une force de levage élevée sur le papier ne signifie pas qu'on peut forcer sur une résistance anormale : le principe indiqué dans la documentation est de nettoyer d'abord le trou, de lever doucement et d'évaluer l'état du trou.
Le couple se décline en deux plages, correspondant à des sections de trou différentes et non à deux vitesses
Le système de rotation du WR1500S est indiqué avec un couple maximal de 31000/15500 N·m, correspondant à une vitesse maximale de 70/140 r/min. Lire la barre oblique comme « deux rapports de boîte » ferait oublier le critère de choix en chantier. La plage à faible vitesse et couple élevé concerne les sections de grand diamètre, roche dure et frottement élevé ; la plage à vitesse plus élevée convient mieux aux sections stables à résistance relativement faible. Dans un même puits, depuis les terrains de couverture jusqu'à la roche intacte, puis en rencontrant une zone fracturée, les états de résistance à gérer changent constamment.
La plage de diamètres de 105–1000 mm et ce groupe de couples sont les deux faces d'une même chose. Plus le diamètre est grand, plus la charge à vaincre en rotation est importante, et plus les exigences vis-à-vis du débit du compresseur, des spécifications des outils et du tubage sont élevées. Le diamètre n'est donc pas « choisi puis foré » ; il doit être vérifié avec le couple, la force de levage et la pression d'air. La documentation précise que le diamètre raisonnable doit être choisi en fonction de l'objectif de complétion du puits.
Pression d'air et consommation : l'étape d'évacuation des cuttings en forage profond est difficile à contourner
En ce qui concerne les méthodes de forage, la documentation du WR1500S donne trois correspondances : la rotation hydraulique en tête motrice pour les forages d'eau profonds classiques et les grands diamètres ; le marteau fond de trou DTH pour les roches altérées, fissurées et les roches dures intactes ; la rotation à la boue pour les terrains meubles tels que sol, argile, sable, gravier. En utilisation DTH, la pression de service recommandée est de 1,65–8 MPa, avec une consommation d'air de 16–120 m³/min.
Ces deux valeurs doivent être lues ensemble. Dans les projets de forage profond et de grand diamètre en roche dure, le marteau fond de trou a besoin d'une pression suffisante pour produire l'impact, et l'évacuation des cuttings au fond a besoin d'un débit suffisant pour les remonter ; si l'un des deux manque, on obtient un impact insuffisant, une évacuation difficile ou une accumulation de cuttings au fond. Autrement dit, le tableau des paramètres indique une plage recommandée, mais sa mise en œuvre dépend de la capacité du compresseur sur site, qui ne fait pas partie des paramètres propres à la foreuse.
La partie supérieure du trou et l'aquifère profond sont deux ensembles de contraintes
Les conditions de construction mentionnées dans plusieurs documents méritent d'être séparées : pour les sols, argiles, sables et graviers, on peut utiliser la rotation à la boue, le tubage ou d'autres méthodes de soutènement, et il faut d'abord établir un trou stable lors de l'ouverture ; après être entré dans la roche, on envisage de passer au DTH ; après être entré dans l'aquifère principal, les venues d'eau modifient l'évacuation des cuttings et le fonctionnement du marteau fond de trou ; il faut enregistrer la profondeur des principales venues d'eau et ajuster en conséquence l'alimentation en air, le nettoyage du trou et le tubage.
Pour un trou de 1500 mètres, si la partie supérieure se rétrécit ou s'effondre, cela affectera directement la suite des travaux en profondeur. Ce type de contrainte ne peut pas être contourné en augmentant le chiffre de profondeur. En cas de roche altérée, de fissures ou de zone de faille fracturée, la documentation préconise de réduire la vitesse d'avance, de renforcer le nettoyage du trou et d'adopter selon le cas des mesures de stabilisation telles que tubage ou mousse ; si les cuttings diminuent continuellement ou si la résistance à l'extraction augmente nettement, il faut arrêter le forage et contrôler.
Au-delà de la capacité de forage, plusieurs contraintes coexistent
Lorsqu'on intègre l'équipement dans un projet, d'autres types de limites apparaissent, indépendantes du trou :
| Contrainte | Valeurs pertinentes dans la documentation publique | Points à régler à l'avance |
|---|---|---|
| Transport | Machine complète d'environ 28 T, dimensions d'environ 11,5 × 2,6 × 3,5 m | Charge utile du porte-char, limitation de hauteur sur route, capacité des ponts, espace de manœuvre ; les tiges de 9,6 m nécessitent généralement un transport séparé |
| Aménagement du site | Structure de mât télescopique, déplacement sur chenilles 3,5 km/h, pente 21° | Emplacement du compresseur, du système de boue, des zones d'outils et de matériaux ; espace de déplacement interne au chantier |
| Levage sur site | Grand treuil auxiliaire de 5 T, petit treuil auxiliaire de 2,5 T | Organisation du transport des marteaux fond de trou, tiges et outils de tubage, charges nominales et distances de sécurité |
Le rôle du mât télescopique dans cette documentation est clairement indiqué : tout en assurant la hauteur de travail nécessaire au forage profond, il améliore l'encombrement de la machine en configuration transport. Pour un équipement de 28 T, cela concerne les conditions de chargement et de circulation, non l'efficacité de forage. Les tiges de 9,6 m correspondent au nombre de connexions/déconnexions : des tiges longues réduisent la fréquence de raccordement, mais exigent aussi un espace d'opération suffisant et une organisation plus rigoureuse de la manutention. Ces deux points relèvent des conditions d'organisation et ne seront pas résolus automatiquement par une augmentation du chiffre de profondeur au tableau.
Points non couverts par la documentation et à confirmer séparément
La documentation publique du WR1500S ne donne pas l'efficacité de forage par formation, le cycle de complétion, la configuration des tubages ni la structure du puits selon les conditions hydrogéologiques. L'efficacité de forage de référence de 10–35 m/h est elle-même assortie d'une note indiquant que l'efficacité réelle, la profondeur et le résultat de complétion dépendent des conditions de site, en raison des différences de conditions géologiques, d'outils dans le trou, d'angle de forage et de méthodes opératoires.
Ainsi, au stade de la conception du forage, on peut vérifier les points suivants : comment déterminer la marge entre la profondeur cible et 1500 m ; dans quelle plage de 105–1000 mm se situe le diamètre cible ; si la couverture supérieure sera forée à la boue ou tubée ; quel compresseur fournira la pression et le débit DTH pour la section de roche dure profonde ; si l'espace de manutention et de stockage des tiges de 9,6 m a été prévu dans l'aménagement du site ; si le plan de transport de la machine de 28 T avec les tiges a été vérifié avec les conditions routières. Une fois ces conditions clarifiées, discuter de l'opportunité du niveau 1500 mètres est plus concret que de regarder uniquement le chiffre de profondeur.