Les tiges de forage géologique ne se cassent pas simplement — elles se cassent à cause de mauvaises décisions prises avant le démarrage de l'installation.
Une tige de forage géologique — du type utilisé pour le forage horizontal dirigé, les études géotechniques et l'installation de réseaux — ne subit pas les mêmes contraintes qu'une tige de forage à percussion. Elle n'est pas martelée cinquante fois par seconde. Elle tourne et tire, parfois sur des milliers de mètres, à travers le sol, la roche et tous les types de matériaux intermédiaires.
Lorsqu'une tige de forage géologique cède, il s'agit rarement d'une surprise métallurgique soudaine. C'est le résultat de décisions prises des jours, voire des semaines auparavant : lors du choix du matériel, du classement des tiges, ou encore de la planification de l'alésage. Voici l'origine de ces défaillances et comment les prévenir avant même l'insertion de la tige dans le sol.
Assurez-vous que le matériel et l'outillage soient adaptés avant la mobilisation.
La défaillance de tiges la plus coûteuse est celle causée par l'utilisation d'un équipement inadapté. Avant même de charger une seule tige sur le camion, il est impératif de lire attentivement le rapport géotechnique – et non de le survoler. Quel est le profil du sol ? Où se situent les couches de galets ? Y a-t-il un substratum rocheux, et à quelle profondeur ? Quelle est la présence de la nappe phréatique ?
Les réponses déterminent si l'installation, le système de boue et la colonne de tiges prévus sont adaptés au forage. Une installation idéale pour forer dans de l'argile molle endommagera irrémédiablement les tiges en tentant de traverser des blocs rocheux imprévus. Un système de boue conçu pour le sable ne permettra pas de maintenir un forage ouvert dans du gravier. Les tiges sont mises à rude épreuve dès que l'équipement est inadapté au terrain.
Avant le début des travaux, il est impératif de comparer le cahier des charges et la liste du matériel proposé par l'entrepreneur aux données géotechniques. En cas de divergence, il convient de revoir le plan d'outillage ; il ne faut pas se fier aux affirmations du rapport quant à la qualité du terrain.
Choisissez vos cannes à pêche en fonction des références, et non du catalogue.
Le choix des tiges pour le forage géologique obéit à une logique différente de celle utilisée pour le forage de roches. Les charges dominantes sont le couple et la traction, et non l'impact. La tige qui a fonctionné lors du dernier forage peut être totalement inadaptée à celui-ci.
Règle de capacité de couple :Le couple maximal nominal de la tige doit être au moins deux fois supérieur au couple de sortie maximal de l'appareil de forage. Il ne s'agit pas d'une marge de sécurité pour la tige, mais d'une marge de sécurité pour les imprévus. Les obstacles souterrains, les virages serrés et l'effondrement du puits génèrent tous des pics de couple dépassant la charge de forage en régime permanent. Une tige fonctionnant à 90 % de son couple nominal en conditions normales ne présente aucune marge de sécurité en cas de pic de couple.
Norme de classement des tiges :Chaque tige entrant en service doit être classée selon la norme SY/T 5824 ou équivalente : mesurée, inspectée et classée selon son état d’usure et son historique d’utilisation. Les tiges non classées d’une colonne sont des inconnues. Les inconnues sont vouées à l’échec.
Documents de gestion :Il faut suivre chaque tige de forage : longueur forée, charges de traction subies, résultats d’inspection, évolution de la qualité au fil du temps. Une tige ayant subi cinq forages à traction maximale n’est plus la même qu’à sa première utilisation. Sans données, il faut faire des suppositions.
Analyse des contraintes :Pour les forages critiques (longues traversées, grands diamètres, géologie difficile), l'analyse par éléments finis de la colonne de tiges sous les charges prévues permet d'identifier les points faibles avant le début du forage. La zone de transition juste derrière l'alésoir est généralement la zone de contrainte maximale. L'analyse par éléments finis montre précisément où les contraintes se concentrent et si la tige peut les supporter.
Tiges de transition à paroi épaisse :Placez deux ou trois tiges de forage à paroi épaisse juste derrière l'alésoir. Ces tiges assurent la transition de diamètre entre l'alésoir et la garniture de tiges standard. L'alésoir génère le couple le plus élevé et les contraintes les plus irrégulières de toute la garniture ; ces tiges de transition absorbent ces contraintes et protègent les tiges standard situées derrière elles.
Gardez le trou pilote à sa place.
Le défaut d'alésage du trou pilote est à l'origine d'un nombre surprenant de ruptures de tiges. Un trou dévié par rapport à la trajectoire prévue crée des courbes à rayon de courbure serré que les tiges ne sont pas conçues pour suivre. Les contraintes de flexion sur les tiges effectuant une rotation dans une courbe plus serrée que leur rayon de courbure nominal accumulent les cycles de fatigue à un rythme accéléré.
La règle est la suivante : l’écart du forage pilote par rapport à la courbe de conception ne doit pas excéder 1 % de la longueur de la portée. Un forage de 300 mètres doit rester à moins de 3 mètres du tracé prévu. Si l’écart du forage pilote dépasse cette limite, il est inacceptable de l’accepter en espérant que l’alésage le corrige. Corrigez le forage pilote ou acceptez que les tiges seront endommagées.
L'acceptation du trou pilote doit être formellement validée : inspectée, documentée et signée par l'ingénieur ou le propriétaire avant le début de l'alésage. Utiliser un alésoir dans un trou pilote défectueux revient à détruire les tiges de forage avec une tête de coupe plus grosse.
Réalisez par étapes, pas d'un seul coup.
Lorsque le diamètre d'alésage final est important (supérieur à 400 millimètres), le passage du diamètre pilote au diamètre final ne s'effectue pas en une seule passe. Cela engendre une variation considérable de l'effort de coupe, du couple requis et du volume de déblais. Les barres situées en tête de train subissent des charges bien supérieures à leurs limites nominales.
L'approche scientifique : augmenter le diamètre progressivement. Une séquence typique commence avec un alésoir de 200 à 240 mm, puis augmente d'environ 200 mm par passe jusqu'au diamètre final. Chaque passe enlève une quantité de matière maîtrisable. Chaque passe permet au système de boue d'évacuer les déblais avant le passage de l'alésoir suivant, plus grand. Chaque passe garantit le fonctionnement des tiges dans leur plage de charge nominale.
Le plan de forage par étapes doit tenir compte de la capacité de retrait de l'appareil, du débit et de la capacité de traitement des solides du système de boue, du couple et des limites de traction de la garniture de tiges, ainsi que de la réaction de la formation à l'alésage. Sauter une étape pour gagner du temps se traduira par des défaillances des tiges.
Surveillez les jauges pendant l'alésage.
Lors de l'alésage, deux paramètres sont primordiaux : le couple et la force de traction. Il convient de les surveiller en continu et de les comparer aux valeurs attendues pour la formation et le diamètre de l'alésoir.
Une brusque augmentation du couple indique un changement de situation : l’alésoir a rencontré une couche dure, les déblais s’accumulent, le forage s’affaisse. Une augmentation du couple de retour, associée à un couple normal, signifie que le train de tiges frotte, probablement à cause d’un affaissement du forage ou d’une accumulation excessive de déblais.
Si l'un des paramètres s'écarte de la plage attendue, arrêtez l'alésage. Retrait léger pour créer un anneau. Mettez en marche une circulation à haut débit pour rincer le trou. Reprenez l'alésage uniquement lorsque les paramètres reviennent à la normale. Percer une pointe, c'est transformer une tige de forage en deux morceaux plus courts et moins utiles.
Le tableau d'ensemble
Les tiges de forage géologiques cèdent à cause de décisions prises en surface, et non des conditions rencontrées en profondeur. Mauvais choix de matériel. Tiges non calibrées dans la garniture. Forage pilote accepté mais trop long. Plan d'alésage trop simpliste. Paramètres négligés jusqu'à ce que la panne devienne une rupture.
Chacun de ces problèmes est évitable grâce à une ingénierie rigoureuse appliquée avant et pendant l'alésage, et non après que les tiges soient sorties en morceaux.
