Les problèmes de tiges de forage que personne ne vérifie avant la casse : Guide pratique du forage horizontal dirigé
Le forage horizontal dirigé soumet les tiges de forage à des contraintes que le forage vertical n'inflige pas. Durant toute leur durée de vie, les tiges sont en contact avec la paroi du forage, traversant le sol et la roche sous l'effet combiné de la tension, du couple et de la flexion. Elles ressortent recouvertes de boue. Elles y retournent. Inlassablement, sur des milliers de mètres. Et les pièces qui cèdent en premier ne sont presque jamais celles qui font l'objet d'inspections régulières.
Voici ce qui se passe réellement avec les tiges de forage HDD, où chercher et ce qu'il faut faire avant la panne qui arrête le forage.
Les articulations s'usent en premier — et personne ne le voit venir
Le joint d'outil — l'extrémité épaisse et renflée où se raccordent les tiges — est la partie de la garniture de forage présentant le plus grand diamètre. C'est également la partie en contact permanent avec la paroi du forage. Lorsque la garniture tourne et avance, le joint frotte contre le sol, la roche et les déblais. Le corps de la tige, de plus petit diamètre, flotte à l'intérieur du trou. Le joint encaisse toute l'abrasion.
L'usure du joint se manifeste par une réduction du diamètre extérieur et une diminution de l'épaisseur de l'épaulement côté boîte. Ce sont ces deux valeurs qui déterminent la qualité du joint. Lorsque le diamètre extérieur descend en dessous du minimum requis pour la qualité, ou que l'épaisseur de l'épaulement dépasse la limite de rejet, le joint est considéré comme défectueux, même si le corps de la tige est encore en bon état.
Une complication fréquente : la présence de différentes nuances d’acier sur un même site. Un joint G-105 et un joint S-135 de même dimension nominale peuvent présenter des diamètres extérieurs minimaux différents. Lors du contrôle d’un assemblage mixte, privilégiez la norme la plus basse. Un joint conforme aux critères S-135 peut déjà être inférieur au minimum G-105. La constance est gage de sécurité. L’approximation, en revanche, est dangereuse.
Que faire face à cela :Appliquez un rechargement dur (un revêtement de soudure résistant à l'usure) sur le diamètre extérieur du joint avant la mise en service de la tige. Ce rechargement s'use au contact de la paroi du puits plutôt qu'au contact de l'acier. Lorsqu'il s'amincit, renouvelez-le. Cette simple opération peut doubler, voire tripler, la durée de vie du joint. De plus, lorsqu'un joint atteint une qualité inférieure à 2, envisagez de le découper et de le remplacer si le corps du tube est encore sain. Un nouveau joint sur un tube en bon état coûte moins cher qu'une nouvelle tige, et vous récupérez ainsi la majeure partie de votre investissement.
Grippage des filetages : le problème de couple que personne n’ose admettre
Les filetages des tiges de forage horizontal dirigé (HDD) se rompent de deux manières. La plus évidente est la détérioration mécanique : filetages écrasés, crêtes écaillées, profils déformés par surcharge. Ces défauts sont détectés lors des inspections car ils sont visibles.
Le plus sournois, c'est le grippage : une soudure à froid entre les surfaces des filets lors du vissage. Les filets se lient à un niveau microscopique. Lorsqu'on tente de rompre la liaison, le métal se déchire au lieu de glisser. Les filets ressortent rayés, abîmés ou complètement grippés.
La cause première des problèmes de forage horizontal dirigé (HDD) est presque toujours la même : un couple de serrage insuffisant du côté opposé au franchissement. La garniture de tiges est serrée du côté d'entrée avec l'équipement approprié et au couple prescrit. Du côté de sortie, où l'alésoir ou le dispositif de traction est raccordé, l'équipe travaille avec les outils disponibles. Le couple appliqué est bien inférieur à la valeur spécifiée. Lorsque la traction commence et que la garniture se met en charge, le serrage insuffisant se poursuit, entraînant un second serrage à un couple excessif et incontrôlé. C'est à ce moment-là que le grippage se produit.
La solution :Utilisez un équipement de vissage dédié de part et d'autre du croisement. Sans exception. Appliquez un composé de filetage contenant 40 à 60 % de zinc ; cette formulation spécifique offre les caractéristiques de friction optimales pour éviter le grippage lors du vissage et du dévissage. Les composés à base de zinc résistent également mieux au lessivage que les alternatives à base de graphite en conditions de forage horizontal dirigé humides. Si un raccord est grippé, ne tentez pas de le sauver. Coupez-le et refaites le filetage. Le coût d'un raccord grippé qui se bloque lors du dévissage est une perte de perçage.
Les fissures que vous ne pouvez pas voir
Les fissures dans le corps des tiges de forage horizontal dirigé (HDD) se concentrent de manière prévisible dans une zone précise : la zone de transition de refoulement. Il s'agit de la section conique où le corps du tube s'épaissit pour rejoindre le raccord d'outil. C'est la zone de contrainte maximale de la tige, car c'est là que la section transversale change, créant une concentration naturelle de contraintes.
La cause est la flexion. Une colonne de tiges de forage horizontal dirigé (HDD) suit une trajectoire courbe. Si la courbe réelle du trou pilote est plus prononcée que prévu (un coude, une correction brusque, un point mort), les tiges traversant cette section subissent des moments de flexion bien supérieurs à leur limite nominale. Le même phénomène se produit lors de l'alésage si le trou agrandi est irrégulier et crée un angle entre l'alésoir, la colonne de tiges et l'axe du forage.
Les fissures de fatigue en flexion s'amorcent à la surface de la zone de transition et se propagent vers l'intérieur à chaque cycle. Lorsqu'elles deviennent visibles à l'œil nu, elles sont déjà suffisamment profondes pour présenter un danger.
Détection:Le contrôle par fuite de flux magnétique (MFL) est la principale méthode de détection des fissures dans le corps de la barre. Il est impératif de soumettre chaque barre à un contrôle MFL après chaque alésage majeur ou selon un calendrier précis. Le contrôle MFL présente des zones d'ombre : la zone de transition du refoulement, la face d'épaulement et le diamètre extérieur du joint. Ces zones nécessitent un contrôle complémentaire par magnétoscopie (MT). Avant tout contrôle, il est crucial de nettoyer soigneusement les barres : la boue, le tartre et la rouille peuvent générer de faux signaux et masquer des défauts réels.
Visages de phoques : moins critiques, mais toujours pertinents
Le forage horizontal dirigé (HDD) fonctionne à une pression de boue relativement faible comparée au forage pétrolier et gazier en profondeur — généralement de 15 à 30 mètres de hauteur hydrostatique à température ambiante. Les faces d'étanchéité des joints des outils de forage horizontal dirigé n'ont pas besoin de résister à une pression de plusieurs milliers de livres par pouce carré (PSI).
Cela signifie que les dommages mineurs à la surface d'étanchéité (petites irrégularités, piqûres superficielles) peuvent être réparés à la lime et remis en service. Les piqûres profondes ou les fissures traversant la surface d'étanchéité du diamètre intérieur au diamètre extérieur doivent être rejetées et réparées. La norme est moins exigeante que dans le secteur pétrolier, mais elle n'est pas inexistante. Une surface d'étanchéité qui laisse passer la boue pendant le forage réduit la vitesse annulaire au niveau du trépan, compromet le nettoyage du puits et peut entraîner un engorgement annulaire et un blocage de la tige de forage.
Un problème spécifique au forage horizontal dirigé (HDD) : la boue résiduelle dans le tube de tige après l’intervention. Contrairement aux puits verticaux où la gravité évacue la boue, les tiges horizontales retiennent cette boue. Après plusieurs semaines de stockage, cette boue sèche et durcit. Redémarrer un forage avec une tige partiellement obstruée restreint le débit, provoque une surpression de la pompe et peut entraîner l’arrachement d’un raccord. Après chaque intervention, il est impératif de purger chaque tige à l’air comprimé et à l’eau claire, puis de boucher les extrémités.
La règle d'allocation
Les barres de traction ne sont pas toutes égales. Certaines ont une longueur de tige plus importante. Certaines ont subi des forages plus durs. Certaines ont des joints proches de leur limite de résistance.
Lors de la planification d'un alésage, réservez vos meilleures tiges aux opérations les plus contraignantes : l'alésage et le refoulement. Ces phases génèrent les contraintes combinées de tension, de couple et de flexion les plus élevées. Les tiges situées en tête de colonne, au plus près de l'alésoir, sont les plus sollicitées. Placez-y vos tiges haut de gamme. Utilisez vos tiges encore utilisables, même si elles sont plus anciennes, pour le forage du trou pilote, où les contraintes sont moindres et les conséquences d'une défaillance moins graves.
Il ne s'agit pas de privilégier certaines cannes par rapport à d'autres, mais d'adapter l'état des cannes à la charge afin que l'ensemble du parc vieillisse à un rythme similaire. Suivez chaque canne, connaissez son niveau et répartissez-la en conséquence.
