Le niveau d'équipement d'un projet d'eaux souterraines profondes n'est généralement pas fixé lors d'une seule réunion de sélection. Le processus habituel est le suivant : on détermine d'abord la profondeur cible du puits à partir des données hydrogéologiques, puis le diamètre du puits en fonction du débit et du type de pompe ; on constate ensuite que le poids propre des tiges, le poids du tubage et le frottement des parois augmentent, et que les marges de force de levage et de couple de l'équipement existant pour les couches moyennement profondes commencent à être insuffisantes. La question passe alors de « peut-on encore forer ? » à « vers quel niveau faut-il évoluer ? ».
Nous prenons ici comme objet de discussion une foreuse de puits montée sur camion à mât vertical de classe 1000 m, en décomposant les besoins en plusieurs capacités vérifiables, puis en examinant les correspondances dans les données de l'équipement. Les conditions mentionnées dans cet article ne servent qu'à l'analyse de sélection et ne signifient pas qu'un projet concret les a adoptées ou a obtenu des résultats.
1、Vérifier d'abord si la profondeur du puits atteint réellement l'échelle du kilomètre
La profondeur du puits est le premier seuil du niveau d'équipement, mais il ne faut pas se contenter de la profondeur maximale inscrite dans le planning. Une approche plus rationnelle consiste à distinguer trois profondeurs : la profondeur prévue pour atteindre le principal aquifère, la profondeur de complétion du puits et l'espace de surprofondeur réservé. Plus l'écart entre ces trois valeurs est grand, plus les exigences de marge de l'équipement sont élevées.
Prenons l'exemple du WRT1000 cité dans cet article : les données indiquent une profondeur de forage maximale de 1000 m et un diamètre de forage de 105–800 mm. Ces deux valeurs signifient qu'il est destiné au développement d'eaux souterraines profondes, et non aux puits d'alimentation courants de moyenne et faible profondeur. Mais la profondeur nominale maximale ne signifie pas qu'elle peut être atteinte dans toutes les formations et avec tous les diamètres ; la profondeur réellement forable dépend aussi de la dureté de la roche, du diamètre, de l'assemblage des tiges et des conditions de curage, et doit être jugée en fonction des données hydrogéologiques et géologiques spécifiques.
Si la profondeur cible du projet se situe entre 300 et 600 mètres et que l'aquifère est stable, il faut d'abord examiner le diamètre et la structure de complétion pour savoir si le niveau d'équipement doit être relevé, plutôt que de choisir la machine directement en fonction de la profondeur maximale.
2、Le diamètre et la structure de complétion déterminent la charge du train de tiges
Le diamètre d'un puits d'alimentation profond n'est souvent pas une valeur unique : la partie supérieure nécessite un tubage de protection, la partie inférieure doit recevoir les crépines et la section de pompe, et les besoins de diamètre diffèrent selon les sections. Plus le diamètre est grand, plus la charge de rotation des tiges, le débit d'air ou de boue pour l'évacuation des débris et le poids du tubage augmentent simultanément.
La plage de diamètres de 105–800 mm du WRT1000 couvre les puits d'eau courants jusqu'aux puits d'alimentation de grand diamètre, mais les données indiquent aussi que l'augmentation du diamètre accroît la charge des tiges, les besoins en compresseur, le poids du tubage et la difficulté de forage. Il faut donc déduire le diamètre à partir du débit, du type de pompe et des dimensions du tubage, plutôt que de prendre d'emblée la valeur maximale que la machine peut forer.
- Spécifications du tubage et des crépines : déterminent le diamètre minimal de forage et l'espace annulaire.
- Type de pompe et profondeur d'installation : influencent le diamètre du puits et les exigences de contrôle de la déviation.
- Sections et poids du tubage : influencent la configuration de la force de levage et les procédures de descente et de remontée.
3、Quand le poids du train de tiges augmente, la force de levage et le couple ont chacun leur rôle
À l'échelle du kilomètre, le poids propre des tiges, le poids du tubage et le frottement des parois augmentent sensiblement, ce qui est la raison la plus directe de l'élévation du niveau d'équipement. Les données du WRT1000 indiquent une force de levage de 51/52 T, une poussée axiale de 11 T et un couple de rotation en double régime de 20000/10000 N·m, correspondant à une configuration à deux vitesses de 70/140 r/min.
Ces valeurs doivent être comprises séparément : la force de levage correspond principalement à la descente et remontée des tiges en forage profond, à la récupération du marteau fond de trou, à certaines opérations de tubage et au traitement des outils dans le trou ; le couple de rotation correspond principalement à la capacité de rotation dans les sections de grand diamètre, de roche dure et à fort frottement. Le régime bas à couple élevé convient aux sections à forte résistance, le régime haut aux formations stables à faible résistance. Les deux ne sont pas interchangeables.
Les données précisent également qu'en cas d'augmentation continue de la résistance à l'extraction, il faut d'abord curer le trou et évaluer l'état intérieur, plutôt que de forcer directement avec la force de levage maximale. Ce principe vaut aussi pour l'évaluation du niveau d'équipement : la force de levage est une marge de traitement, pas un moyen autonome de résoudre une anomalie dans le trou.
4、Les variations de formation déterminent si la méthode doit être changée
Les formations courantes en puits profond sont : une couche superficielle meuble en partie haute, une roche altérée ou une zone fracturée au milieu, et une roche dure plus compacte en partie basse. L'approche technique indiquée par les données du WRT1000 est la suivante : dans les formations meubles supérieures, utiliser la rotation à la boue, le tubage ou d'autres méthodes de stabilisation du trou ; après être entré dans une roche dure plus compacte, on peut configurer un marteau fond de trou à moyenne ou haute pression d'air pour le forage DTH.
Cela entraîne deux contraintes d'accompagnement. Premièrement, le forage DTH recommande une pression de service de 1,65–8 MPa et une consommation d'air de 16–96 m³/min ; la pression et le débit du compresseur doivent être déterminés en tenant compte des spécifications du marteau fond de trou, du diamètre, de la profondeur, de l'altitude et de la dureté de la roche, et non uniquement de la pression nominale. Deuxièmement, après l'entrée dans le principal aquifère, les venues d'eau dans le trou affectent l'évacuation des débris et la circulation du marteau fond de trou ; il faut enregistrer la profondeur de la couche productrice et ajuster en conséquence l'alimentation en air, le curage et le programme de tubage.
5、Ce qu'apporte le mât vertical sur camion et ce qu'il faut vérifier à l'avance
L'élévation du niveau d'équipement s'accompagne souvent d'une augmentation du poids total et du gabarit de transport. Le WRT1000 utilise un châssis monté sur camion et une structure à mât vertical ; les données indiquent qu'il convient aux équipes de chantier dont les points de forage sont dispersés et les transferts fréquents, et qu'après avoir terminé un emplacement, il peut se déplacer par la route sans devoir organiser à plusieurs reprises le chargement et le déchargement sur plateau comme une foreuse à chenilles.
Mais la mobilité a des conditions. Le poids total est d'environ 26 T et les dimensions de transport d'environ 10,8 × 2,5 × 4,23 m ; la hauteur de transport de 4,23 m signifie qu'avant l'entrée sur site, il faut vérifier les limites de hauteur des routes, les ponts, les lignes aériennes, les portails d'usine et la capacité portante des plateformes. La structure à mât vertical a un chemin de charge plus direct, adapté à la rotation à couple élevé de longue durée et à la manipulation des tiges en forage profond, mais son gabarit de transport ne peut pas être réduit comme celui d'un mât télescopique.
Traduire les besoins en une liste de vérification
| Élément de besoin | À confirmer | Données d'équipement correspondantes |
|---|---|---|
| Profondeur cible du puits | Profondeur de la couche aquifère, profondeur de complétion, espace de surprofondeur réservé | Profondeur de forage maximale 1000 m |
| Diamètre et structure de complétion | Tubage, crépines, type de pompe, sections de tubage | Diamètre de forage 105–800 mm |
| Manipulation du train de tiges | Spécifications des tiges, poids du tubage, nombre de descentes et remontées | Force de levage 51/52 T, diamètre de tige recommandé 114 mm |
| Sections de roche dure | Dureté de la roche, spécifications du marteau fond de trou, conditions d'alimentation en air | Pression DTH 1,65–8 MPa, consommation d'air 16–96 m³/min |
| Transfert et accès au site | Limite de hauteur des routes, capacité portante, rayon de braquage | Machine d'environ 26 T, hauteur de transport 4,23 m |
Conditions pour lesquelles il n'est pas encore possible de conclure
Les données ne fournissent pas la profondeur réelle de forage, le débit d'eau, le taux de carottage ou l'efficacité de construction selon les différentes formations ; on ne peut donc pas déduire de la profondeur maximale qu'un puits donné atteindra nécessairement cette profondeur, ni estimer sur cette base les délais ou les coûts. Les points suivants doivent être complétés et confirmés avant l'achat :
- Les données hydrogéologiques du site du projet, y compris la profondeur du principal aquifère et le débit prévu.
- Le diamètre de puits prévu, les spécifications du tubage et le schéma de structure de complétion.
- La pression et le débit du compresseur envisagé peuvent-ils couvrir les conditions du marteau fond de trou sélectionné.
- La limite de hauteur des routes d'accès, la capacité portante des ponts et les dimensions de la plateforme de forage.
- S'il s'agit d'usages spéciaux tels que la géothermie ou le rabattement de nappe en zone minière, les exigences relatives à la classe de tubage, à la cimentation ou à l'évaluation de la qualité de l'eau doivent faire l'objet d'une conception spécifique.
Lors de la demande de prix, il est utile de fournir l'usage du forage, les données de la colonne stratigraphique, la profondeur et le diamètre cibles, la méthode de forage envisagée, les conditions de transport pour l'accès au site ainsi que les installations d'eau, d'électricité et d'air, afin que le fournisseur puisse juger si la configuration reste dans les capacités de l'équipement, plutôt que de chiffrer uniquement sur la base d'un nombre de mètres de profondeur.