Pertes de circulation et éruptions de puits fréquentes lors du forage ? En avez-vous identifié les causes réelles ?
Le forage est une opération essentielle en exploration géologique, en exploitation minière, en construction de fondations sur pieux et dans d'autres domaines du génie civil. Cependant, les projets rencontrent fréquemment des problèmes d'éboulements et de pertes de fluide de forage (fuites rapides de fluide de forage). Ces phénomènes entraînent non seulement d'importantes pertes de boue et l'effondrement du forage, mais aussi des retards, une augmentation des coûts et peuvent compromettre la qualité du forage et la sécurité des travaux ultérieurs. S'appuyant sur l'expérience de terrain, cet article analyse les causes profondes des pertes de circulation et propose des contre-mesures ciblées pour guider les projets similaires.
Principales causes des pertes de circulation Les pertes de circulation sont rarement dues à un seul facteur ; elles résultent généralement de l’interaction entre les conditions de formation et les pratiques d’exploitation. Les causes peuvent être regroupées en deux grandes catégories :
Facteurs géologiques — contraintes inhérentes à la formation La formation elle-même est le principal facteur prédisposant aux pertes de circulation. Lorsque le forage traverse certaines unités géologiques, le risque de perte de boue augmente fortement :
Couches de sable meuble : La forte porosité intergranulaire et la faible cimentation favorisent l’infiltration rapide du fluide de forage à travers les pores. Les pertes sont particulièrement importantes dans les sables fins et les couches limoneuses.
Masses rocheuses fracturées : Les carbonates, les granites et autres roches présentant des fractures, des joints ou des cavités de dissolution développés contiennent des voies irrégulières par lesquelles la boue peut s'échapper rapidement, produisant le phénomène de « pertes lors du forage ».
Autres unités défavorables : les conglomérats, les zones faillées et concassées présentent des structures meubles et instables qui non seulement favorisent les pertes de fluides, mais augmentent également le risque d’effondrement du forage, aggravant ainsi les difficultés de construction.
Facteurs opérationnels — influences de construction maîtrisables Même dans des conditions géologiques favorables, des opérations inappropriées peuvent entraîner des pertes de circulation. Deux problèmes opérationnels sont particulièrement critiques :
Vitesse de forage excessive : La poursuite d’une progression rapide à l’aide de vitesses de rotation ou de pénétration trop élevées provoque une perturbation intense de la paroi du forage, détruit sa stabilité à proximité, produit des fissures ou des écaillures et permet au fluide de forage de s’échapper.
Propriétés inadéquates du fluide de forage : Le fluide de forage constitue la barrière essentielle protégeant le puits. Une viscosité trop faible empêche la formation d’un gâteau de filtration efficace ; une densité insuffisante ne permet pas d’équilibrer la pression de formation. Ces deux conditions empêchent l’étanchéité efficace des pores et des fractures et entraînent des pertes.
Mesures ciblées pour remédier aux pertes de circulation : il faut adopter une approche « prévenir d’abord, puis remédier » avec des traitements progressifs et stratifiés qui s’attaquent au problème à la source.
Optimiser les propriétés du fluide de forage pour renforcer la protection du puits. Le fluide de forage constitue la première ligne de défense contre les fuites. Ajuster sa formulation peut améliorer significativement l'étanchéité et le maintien de la structure.
Augmenter la viscosité et la densité : ajouter de la bentonite, des dérivés de cellulose, du polyacrylamide et des additifs similaires pour augmenter la viscosité afin que le fluide puisse mieux adhérer à la paroi du forage et former un gâteau de filtration ; augmenter modérément la densité pour fournir une pression d’étanchéité plus importante contre les pores et les fractures de la formation.
Modification ciblée : pour les zones de sable meuble, ajouter des matériaux fibreux tels que de la sciure de bois ou des balles de riz pour améliorer la suspension et le colmatage ; pour les zones fracturées, ajouter des agents à prise rapide (ciment, silicate de sodium) afin que le fluide puisse se gélifier rapidement dans les fractures et former un joint étanche.
En cas de fuite, appliquer des agents de colmatage pour sceller les points de fuite actifs. Introduire rapidement des matériaux de colmatage dans le forage afin de remplir directement les pores et les fractures et de bloquer les voies d'écoulement des fluides :
Matériaux de colmatage courants : argile (bentonite), sciure de bois, ciment, fibres de coton, coquilles de noix, etc. Le choix du matériau dépend de l’importance des dégâts. Pour les dégâts mineurs, l’argile ou la sciure de bois peuvent suffire ; pour les dégâts modérés, un mélange ciment-argile, grâce au durcissement du ciment, assure une étanchéité durable.
Méthode de mise en place : Utiliser la technique de mise en place par étapes et la technique de « forage et bouchage » : introduire lentement les matériaux dans la zone de perte tout en maintenant la circulation de la boue afin que les matériaux soient transportés jusqu’aux voies de fuite, remplissent les vides et forment un bouchon stable qui empêche toute perte supplémentaire.
Contrôler les paramètres de forage pour réduire les perturbations du puits. Des pratiques opérationnelles appropriées sont essentielles pour prévenir les pertes de circulation en minimisant les dommages causés à la paroi du puits :
Réduire la vitesse de pénétration : diminuer la vitesse de rotation et la vitesse d’avance, notamment lors de la traversée de sables meubles ou de strates fracturées ; adopter une approche « faible vitesse de rotation, faible avance » pour réduire l’impact du trépan sur la paroi et limiter les perturbations.
Laisser le temps à la formation du gâteau de filtration : un forage plus lent donne au fluide le temps de déposer un gâteau de filtration uniforme et dense sur la paroi du forage, consolidant ainsi davantage la paroi et scellant les micropores afin de réduire les risques de perte.
Remplissage et nouveau forage en cas de pertes importantes Lorsque les pertes sont importantes et que le bouchage de routine échoue, ou lorsqu'un effondrement à grande échelle du forage se produit, le remplissage de l'intervalle et un nouveau forage peuvent être nécessaires :
Choix des matériaux de remplissage : privilégier l’argile, le coulis de ciment ou un mélange argile-ciment. L’argile est économique et efficace pour l’étanchéité ; le coulis de ciment durcit et assure un renforcement très résistant de la paroi du forage.
Procédure de remplissage et de forage de reprise : Comblez l’intervalle de perte et une marge au-dessus avec le matériau choisi jusqu’à ce que la section affectée soit comblée. Laissez le matériau durcir suffisamment (généralement 24 à 48 heures, selon le matériau et les conditions de la formation) pour former un joint stable, puis reprenez le forage. Lors du forage de reprise, optimisez à nouveau le fluide de forage et contrôlez la pénétration pour éviter toute récidive.
En conclusion, les éruptions et les pertes de fluides lors du forage sont fréquentes et résultent à la fois des conditions intrinsèques de la formation (sables meubles, zones fracturées) et de facteurs maîtrisables (vitesse de forage excessive, performances inadéquates du fluide de forage). Pour une gestion efficace des risques, il convient de réaliser des études de formation préalables à la construction afin d'anticiper les zones à risque ; pendant la construction, de prévenir les pertes en optimisant les propriétés du fluide et en contrôlant les paramètres de forage ; et en cas de pertes, d'appliquer une réponse progressive comprenant le bouchage, le remplissage et, si nécessaire, un nouveau forage. Adopter une approche « prévention d'abord, réparation ensuite » et adapter les mesures aux caractéristiques de la formation et aux réalités du terrain sont essentiels pour surmonter les problèmes de pertes de circulation, garantir le bon déroulement des opérations de forage et améliorer la qualité et l'efficacité de la construction.
