Méthode de fonctionnement des marteaux fond de trou (DTH) pour le forage rotatif à percussion
La méthode de forage rotatif à percussion consiste à installer un marteau fond de trou (DTH) entre l'extrémité inférieure d'une garniture de forage rotative et l'ensemble carottage/forage. Les impulsions de percussion, la charge axiale du trépan et le couple de la garniture de forage agissent simultanément sur le trépan, permettant ainsi le forage et la récupération des carottes. Cette méthode est apparue en Europe au début du XIXe siècle. La Chine a entamé ses recherches en 1958 et son développement s'est accéléré dans les années 1970. Ses principaux avantages sont une augmentation significative des vitesses de forage dans les roches dures, une plus grande profondeur d'avancement par passe, une réduction de la déviation du trou et des coûts de forage nettement inférieurs. Le forage rotatif à percussion est réalisé à l'aide de deux types de marteaux : les marteaux hydrauliques, alimentés par le fluide de forage (DTH à boue), et les marteaux pneumatiques, alimentés par air comprimé (DTH pneumatique). La suite de cet article se concentre sur la méthode de forage rotatif à percussion hydraulique.
Système de forage rotatif à percussion alimenté par la boue. Dans un système alimenté par la boue, une pompe à boue injecte le fluide de forage dans la garniture de forage jusqu'au marteau, actionnant ainsi un marteau hydraulique qui applique des percussions sur le tube carottier interne et le trépan. La garniture de forage est mise en rotation et lestée par l'installation de forage pour fournir le couple et la charge axiale nécessaires. Cette méthode peut être combinée avec des outils de carottage par câble, auquel cas on parle de carottage rotatif DTH alimenté par la boue et par câble. Avant le forage, le marteau à percussion et le tube carottier interne (suspendu par la tête de remontée du câble) sont descendus dans le carottier depuis la surface. Le fluide de forage est ensuite pompé dans la garniture de forage pour actionner le marteau et effectuer le forage et le carottage. À la fin de la descente, un câble d'acier fin et un outil de remontée, actionnés par un treuil dédié, permettent de remonter le marteau et le tube carottier interne à la surface.
Types de marteaux hydrauliques et choix des trépans : Les marteaux hydrauliques sont les principaux outils du forage rotatif à percussion. Selon leur principe de fonctionnement, on distingue trois types : à action directe, à double action et à action inverse. Selon la fréquence d’impact, on distingue deux catégories : les marteaux haute fréquence (supérieure à 40 Hz), qui peuvent être utilisés avec des trépans diamantés et qui reposent principalement sur la rotation, l’impact servant de mécanisme de fragmentation auxiliaire (souvent appelé forage rotatif à percussion à la boue) ; et les marteaux basse fréquence (inférieure à 40 Hz), généralement associés à des trépans en alliage dur ou en carbure, qui reposent principalement sur l’impact, la rotation étant une action auxiliaire (communément appelé forage rotatif à percussion à la boue).
