Règles d'utilisation des forets diamantés : cinq erreurs qui les détruisent dès les dix premiers mètres
Les trépans diamantés ne s'usent pas, ils sont mis hors service. Par des opérateurs qui les laissent tomber au fond du puits à pleine vitesse. Par des foreurs qui continuent de pousser alors que le trépan commence à se polir. Par des équipes qui arrachent la garniture de forage d'un puits profond si rapidement qu'elles provoquent l'effondrement de la formation. Chaque trépan diamanté a une durée de vie potentielle de plusieurs centaines de mètres. La plupart ne l'atteignent pas à cause d'erreurs commises dans les cinq premiers et les cinq derniers mètres de chaque forage.
Si vous effectuez des forages avec des trépans diamantés — que ce soit pour des puits d'eau, l'exploration ou des études géotechniques —, ces règles font la différence entre un trépan durable et un trépan éphémère.
Règle numéro un : les forets diamantés coupent. Ils ne martèlent pas, ne grattent pas et ne défoncent pas.
Un foret diamanté fonctionne par meulage. Les particules de diamant exposées sur la face de coupe — qu'il s'agisse de diamants naturels sertis dans une matrice ou de diamants synthétiques imprégnés dans une couche — abrasent la roche micron par micron. Le foret ne broie pas comme un foret à rouleaux. Il ne cisaille pas comme un foret à diamant. Il meule, et son fonctionnement optimal requiert des conditions spécifiques.
La première règle du forage au diamant est de ne pas forcer lorsque le trépan ne coupe pas. Si la vitesse de pénétration chute brutalement, c'est qu'il y a un problème au fond du trou. Le trépan a peut-être rencontré une inclusion dure que les grains de diamant ne parviennent pas à abraser efficacement. Il se peut aussi que des débris de roche bloquent la face du trépan, ou qu'un morceau de roche détachée obstrue l'espace annulaire.
La réaction est toujours la même : arrêtez le forage et retirez le fil. N’ajoutez pas de poids. N’augmentez pas la vitesse de rotation. N’augmentez pas la pression de la pompe en espérant déloger l’obstruction. Un trépan diamanté qui tourne contre un matériau qu’il ne peut pas couper polit simplement sa propre surface de coupe. Les diamants se vitrifient, le corps du trépan chauffe et le trépan devient inefficace, même s’il paraît intact. Les diamants vitrifiés ne peuvent pas être restaurés sur place. Le trépan est hors d’usage.
La même règle s'applique au réalésage et au dégagement. N'utilisez pas de trépan diamanté pour réaléser un trou étroit laissé par le trépan précédent. Ne l'utilisez pas pour dégager les fragments de carotte résiduels au fond du puits. Ne l'utilisez pas pour tenter de percer un outil ou un raccord en acier tombé au fond du puits. Les trépans diamantés sont conçus pour le forage de roche vierge. Tout autre usage est une utilisation abusive.
Règle numéro deux : Les nouveaux accessoires nécessitent une période de rodage
Un foret diamanté neuf, tout juste sorti de son emballage, n'est pas prêt pour un forage complet. La face de la couronne présente des arêtes vives, l'exposition du diamant peut être irrégulière et le foret n'a pas encore été adapté à la roche qu'il va rencontrer.
La procédure de rodage — appelée "dressing" ou "initial grinding" — est simple mais non négociable :
Abaissez délicatement le foret jusqu'au fond du trou. Appliquez une légère pression, environ un tiers de la pression habituelle. Faites tourner lentement, à environ 100 tr/min. Percez sur 0,2 à 0,3 mètre (environ 30 cm) avec ces paramètres réduits. Augmentez ensuite progressivement la pression et la vitesse de rotation sur les 50 cm suivants jusqu'à atteindre votre profondeur de perçage habituelle.
Ce qui se passe durant les premiers décimètres : les particules de diamant de la face de la couronne sont exposées à des vitesses différentes. Le métal de la matrice qui maintient les diamants s’érode légèrement, permettant à ces derniers d’atteindre leur hauteur de coupe optimale. La face de la couronne s’use pour prendre un profil qui épouse le fond du trou. Enfin, toute irrégularité microscopique de la géométrie du trépan — léger défaut de circularité au niveau du calibre, rugosité superficielle mineure due à la fabrication — est polie par l’usure au contact de la roche.
Le premier passage avec un nouveau foret doit être court : arrêtez-vous après un mètre ou deux et inspectez la face de la couronne. Vous devez vérifier l’usure uniforme, l’exposition constante du diamant et le profil de la couronne adapté au trou. Si l’usure est irrégulière, ajustez vos paramètres pour le passage suivant. Si le foret est en bon état, vous pouvez augmenter la longueur des passages suivants.
Règle numéro trois : Commencez la rotation avant que la mèche ne touche le fond.
Cette erreur est la plus dommageable. Le trépan est descendu au fond du trou, rotation arrêtée ; le foreur actionne le système d’entraînement, et le trépan – immobile au fond sous le poids de la garniture de forage – est mis en rotation contre la roche.
Le couple nécessaire pour vaincre le frottement statique entre un trépan diamanté et la roche peut être plusieurs fois supérieur au couple de rotation normal. Ce pic de couple soudain peut arracher les diamants de la matrice, fissurer la couronne ou surcharger la liaison entre le trépan et le corps du foret.
La séquence correcte : descendre le trépan à quelques centimètres du fond du trou. Démarrer la pompe et établir le flux de rinçage. Lancer la rotation à faible vitesse. Ce n’est qu’ensuite que descendre le trépan des derniers centimètres jusqu’à ce qu’il touche la roche. Le trépan pénètre dans la coupe en rotation, le flux de rinçage étant déjà établi et la garniture de forage étant en tension plutôt qu’en compression. Tout est dynamique et équilibré dès le premier contact.
Règle numéro quatre : N’ajoutez pas de tiges en cours de montage sans avoir préalablement retiré le fond.
Dans l'idéal, on dimensionnerait la garniture de forage de manière à pouvoir réaliser un carottage complet sans avoir à ajouter de tiges. En pratique, il arrive qu'on doive ajouter une tige en cours de forage, car le trou est plus profond que prévu.
Si vous devez ajouter une tige, retirez d'abord le trépan par le bas. Ne laissez pas le trépan immobile au fond du trou pendant que vous déconnectez la tige au niveau de l'appareil de forage et que vous ajoutez une nouvelle tige. Un trépan immobile au fond pendant l'ajout de tiges risque de s'enfoncer dans le lit de déblais, de se tasser autour de la couronne et, soit de ne pas redémarrer, soit de redémarrer sous une charge excessive.
Retirez le foret d'environ un mètre du fond, ajoutez la tige, puis abaissez-le et recommencez selon la règle trois.
Règle cinq : Retirez-vous lentement et continuez à pomper.
La remontée d'un forage profond n'est pas simplement l'inverse de la descente. Lorsque la garniture de forage est tirée vers le haut, elle agit comme un piston dans le puits : ce mouvement ascendant crée un effet d'aspiration sous le trépan, réduisant la pression dans le puits et risquant d'y aspirer des fluides de formation, des roches meubles ou des matériaux non consolidés. Cet effet de va-et-vient est maximal dans la partie inférieure du puits, où le jeu annulaire est le plus faible et où le trépan et le carottier exercent la plus forte restriction.
Dans les formations fracturées, non consolidées ou gonflantes, le pompage peut entraîner l'affaissement de la paroi du forage derrière la garniture de forage. Celle-ci sort alors intacte, mais le forage effondré doit être refait.
La solution : remonter lentement – plus lentement que vous ne le pensez nécessaire – et maintenir la pompe de rinçage en marche pendant toute la durée du forage. Le flux de rinçage continu remplit l’espace libéré par la remontée de la garniture, évitant ainsi la chute de pression à l’origine du frottement. Dans les formations particulièrement sensibles, remonter à mi-vitesse et ne pas interrompre le pompage tant que le trépan n’a pas atteint la butée.
