Forage de puits de carottage: technologie et nuances de travail

Le forage de carottes est l'une des méthodes les plus productives et économiques de formation des chantiers miniers. Il est utilisé en exploration sur le terrain et en géologie de l'ingénieur. De plus, c'est le moyen le plus simple et le plus rapide d'accéder aux eaux souterraines pour l'organisation de l'approvisionnement en eau.

Vous apprendrez tout sur les spécificités du carottage, l'outil requis pour sa mise en œuvre et les fonctionnalités d'application de notre article.

Portée du carottage

Le carottage est une méthode qui permet de déterminer avec la plus grande précision la profondeur de la toiture et du fond des couches de sol, ainsi que la marque de profondeur du miroir d'eau souterraine.

La technologie de carottage est largement utilisée dans les industries suivantes:

• Approvisionnement en eau dans la sphère industrielle et privée. Le forage de puits pour l'approvisionnement privé en eau, l'organisation de la prise d'eau de villages entiers ou de blocs de ville est efficacement effectué par forage car le forage pénètre facilement à de grandes profondeurs. Un projectile central est capable de soulever presque toutes les roches détruites, à l'exception des sols incohérents saturés d'eau et meubles (sable, gravier, cailloux);
• Exploration dans l'industrie minière. Lorsque la roche passe, un impact ponctuel sur le sol se produit le long du rayon de rotation. En d'autres termes, une coquille, ressemblant structurellement à un tuyau, perce une masse rocheuse solide sans perturber sa structure et son état.
• Construction. Effectuer des recherches en génie et en géologie pour étudier les propriétés physiques et mécaniques des sols, l'état des roches. La technologie des colonnes offre la possibilité de déterminer avec précision le niveau d'eau et de prélever des échantillons d'eau pour étudier leur agressivité par rapport au béton.

Pendant le forage de carottes, une carotte est extraite - une colonne de sol ou des couches de sol adjacentes. Le noyau est caractérisé par une structure naturelle intégrale, qui fournit une analyse complète de la roche étudiée. Le forage avec un tube carotté permet de déterminer la profondeur de la roche avec la plus grande précision aux fins d'étude.

Le carottage assure l'intégrité du carottage extrait, ce qui contribue à l'étude qualitative de la roche. Dans le même temps, un nettoyage de la plus haute qualité du visage de la roche détruite est effectué.

L'utilisation de carotteuses dans la construction facilite et accélère considérablement les processus. Un pieu est facilement martelé dans le trou préparé par un carottier ou une structure en béton armé prête à l'emploi est montée. Le carottage vous permet de créer des trous cylindriques dans des structures en brique et en béton.

Technologie et équipement de travail

Deux méthodes d'utilisation d'un carottier sont connues: le travail avec apport de fluide au visage ou au sec, c'est-à-dire sans boue de forage.

Le forage sans utilisation de fluide de forage est utilisé si les sols incohérents sont saturés d'humidité naturelle en quantité suffisante pour la pénétration et l'extraction. L'eau n'est pas non plus fournie à l'arbre de travail lors du passage à travers un loam / argile en plastique fluide, en plastique mou et en plastique rigide, un loam sableux dur et plastique.

Le liquide est utilisé sans faute lors du forage de roches rocheuses et semi-rocheuses. En l'absence d'eau dans ce cas, l'évidement est beaucoup plus lent. De plus, la probabilité d'une défaillance prématurée de la couronne augmente considérablement et, par conséquent, le forage à sec est considéré comme plus coûteux.

La technologie de carottage avec rinçage permet non seulement d'étendre le service de l'équipement de travail, mais aussi le moyen le plus rapide et le moins long de libérer la face de la roche détruite

Lors du forage avec du fluide de forage, le taux d'approfondissement augmente considérablement. Le plus souvent, cette méthode est utilisée lors du forage de puits de profondeur importante. Cela vous permet d'effectuer des travaux dans les plus brefs délais avec un risque minimal de dommages à la couronne.

L'eau plate sous haute pression est fournie au fond pendant le développement du puits dans des sols meubles et incohérents, si le carottage n'est pas une tâche. Dans ce cas, avec un jet d'eau, ils nettoient simplement le visage, libérant l'arbre de travail du sol détruit.

Le principe de la technique des colonnes

L'élément central du carottage est une pièce de coupe destructrice montée au bas du tube carottier. Ils l'appellent une couronne. Pour le naufrage, des couronnes spéciales équipées d'outils diamantés sont utilisées.

Les couronnes coupent des éléments interchangeables qui sont vissés sur le bord inférieur du tube central. En cours de forage, ils doivent être changés plusieurs fois

C'est la couronne en diamant qui assure le passage quasi libre du foret sur une grande profondeur lors du passage des travaux de prise d'eau au calcaire. C'est-à-dire, lors du développement de puits enfouis dans le substratum rocheux, dans les fractures desquelles à la suite d'une condensation séculaire, les réserves de l'eau souterraine la plus pure se sont formées.

Les forets sont changés de la manière la plus simple - ils retirent la partie usée et vissent une nouvelle couronne sur le tube central

La roche est taillée avec une couronne tournant à grande vitesse. La vitesse de rotation du semoir peut être ajustée en fonction de la densité du sol développé. La couronne «découpe» le sol uniquement le long du bord d'un cylindre particulier, dont la partie centrale est enfoncée dans le tube central.

Pour extraire le noyau, le foret est remonté à la surface. Le sol capturé par lui est littéralement soufflé hors du carottier avec un courant d'air fourni à la partie supérieure du tuyau. Le processus de soufflage est accéléré en tapant sur la coque avec un marteau.

Pendant le carottage, un segment de roche foré en forme de cône est poussé dans le tuyau de carottage. Pour l'extraire, la carotte est retirée du canon en démontant le train de tiges. Le noyau est soufflé et pilé hors du tuyau

Les forets à colonne lors du passage de roches fortes ont une plus grande productivité que les forets matriciels et coniques. Cela est dû à la vitesse de rotation élevée du foret, ce qui réduit le degré d'effort appliqué lors du développement.

De plus, les ciseaux détruisent complètement la roche qui devra être «ramassée» par l'écope ou pomper l'eau avec une tête pour rincer le visage. En fait, vous devrez parcourir le même segment deux fois, voire trois fois: d'abord détruire, puis effacer. La technologie des colonnes vous permet de parcourir et d'effacer le visage en une seule fois.

Machines-outils et plates-formes de forage

Le choix d'une machine ou d'un appareil de forage est déterminé par la fonction du puits et son diamètre. La popularité de la méthode de carottage détermine la production d'appareils de forage et de machines-outils dans le monde entier. Les tracteurs lourds, les camions et les véhicules tout-terrain conviennent aux installations conçues pour le forage exploratoire.

L'utilisation de tracteurs à chenilles lourds permet le forage de carottes dans des zones impraticables, gorgées d'eau de surface et terrains instables.

Le plus souvent, l'équipement de forage est monté sur des automobiles classiques MAZ, KAMAZ et Ural. Cependant, il existe des options de montage pour un équipement plus léger, qui est utilisé pour le forage de puits d'eau dans la construction privée.

À forage rotatif manuel le tube central est remplacé par son prédécesseur historique - le verre. Cette coque est une version raccourcie du tube central avec un bord pointu sur la semelle. Un verre est manuellement ou à l'aide d'une perceuse à moteur, tordu dans le sol et tout ce qui y est empilé est enlevé à la surface.

Pour la mécanisation du forage manuel de puits peu profonds et la formation de trous pour l'installation de clôtures et de tours de transmission de puissance, des moteurs à essence et électriques sont utilisés. Ils signalent les mouvements de rotation à la vis ou au tube central

Equipement pour le fonçage et l'agencement des puits

Dans la mise en œuvre du carottage, un équipement est nécessaire qui vous permet de travailler en profondeur, de développer et d'extraire une grande variété de types de roches. Pendant le travail, une remontée périodique à la surface du matériau détruit par le projectile doit être prévue.

Ensemble d'outils de forage standard

Pour des performances de travail de haute qualité, il faut:

• Coquilles de colonne. Ils sont utilisés à la fois pour le forage horizontal et pour le forage de travaux verticaux. En utilisant des tubes carottés standard, le perçage est possible à un angle allant jusqu'à 45 degrés. Les carottes à paroi mince ne peuvent être utilisées que pour le forage horizontal sans tranchée lors de la pose de communications.
• Couronnes. Il s'agit d'un outil de destruction de roche dont un tube de carotte est équipé pour faciliter la coupe de carotte dans la roche. Pour le forage de sols sédimentaires cohésifs et incohérents, des couronnes en laiton sont utilisées. Pour le coulage de roches, la formation de trous dans le béton, l'asphalte, un mur de briques, des couronnes en carbure avec des fraises diamantées sont produites.
• Boîtier en acier. Ils sont nécessaires pour le tubage de la production - la formation du puits de forage, produite simultanément avec son approfondissement. Leur diamètre est égal au diamètre du puits. Le tubage pour la prise d'eau est choisi à l'avance, en se concentrant sur le diamètre du tube central et de la pompe, qui devrait fonctionner dans le puits.
• Des tiges. Ce sont des tuyaux étroits torsadés ensemble. Utilisé pour construire le train de tiges. En termes simples, ils sont vissés en alternance sur le dessus du tube central afin qu'il puisse transmettre un mouvement de rotation à une profondeur dépassant la hauteur du projectile.La hauteur du tube central + la hauteur du train de tiges de forage = profondeur de production.
• Sous Nécessaire pour assurer la jonction de joints filetés de différents diamètres présents sur les tiges de forage, rotateursrinçage des joints d'huile et autres accessoires.
• Bouchons et joints de rinçage. Avec leur aide, la remontée à la surface du sol détruit est assurée, s'il n'est pas nécessaire de sélectionner un noyau entier. Dans ce cas, l'eau est fournie au visage, lavant le sol détruit sous pression sur la surface du jour.
• Ciseaux. Ils sont utilisés pour approfondir le forage dans les endroits les plus difficiles pour le passage du carottage. Lors de l'utilisation d'un peu, ils passent parfois du forage rotatif au forage sur corde à choc.

L'outil présenté est un ensemble standard pour le forage utilisant la technologie de carotte. Dans certains cas, selon la complexité du développement, des outils et équipements supplémentaires peuvent être nécessaires.

Lors de l'approfondissement de l'excavation, une chaîne de tiges de forage est vissée séquentiellement au sommet du tube central. Pour extraire le projectile de noyau à la surface, la tige après la tige est sans torsion

Conception de base

Caractéristique de construction coquille lors du carottage, elle est due à la préservation maximale de l'intégrité du carottage et consiste en une disposition annulaire autour du passage libre. L'une des caractéristiques les plus importantes est le coefficient échantillonnage de carottes. Il est défini comme le rapport du diamètre du noyau au diamètre extérieur de l'outil.

L'outil de carottage est normalisé, il ne diffère principalement que par son diamètre. Selon les caractéristiques de conception, les tuyaux centraux sont classés en simple et double. Les coques simples conçues pour fonctionner dans des conditions géologiques normales sont idéales pour développer des puits d'eau.

Un outil double avec un tuyau interne non rotatif est utilisé uniquement dans l'exploration géologique. Il est nécessaire d'extraire des échantillons de roche qui sont facilement détruits sous l'influence de divers facteurs. Il vous permet de prélever un échantillon de composition naturelle, avec un pourcentage naturel de minéraux et de stériles.

Dans l'échantillonnage pour l'ingénierie et la recherche géologique, dans l'exploration géologique et le forage de trous pour l'installation de supports de lignes de transmission d'énergie, un seul tube de carotte est utilisé

Tous les tuyaux de carottage sont conçus pour être utilisés pour la purge, la fourniture de boue de forage au fond et le rinçage du puits. Leur sommet est équipé d'un trou technologique à travers lequel de l'eau ou un courant d'air est injecté.

Spécificité de la partie coupante du projectile

Toute couronne se présente sous la forme d'une bague avec un filetage situé en haut, nécessaire pour le vissage sur le tube central, et des fraises situées en bas. Les couteaux sont coulés ou soudés à cette pièce métallique de coupe.

Lors du carottage, utilisez les couronnes suivantes:

• Carbure - petites incisivesnervuré.
• Diamant - Imprégné et petit diamant.

Les éléments de coupe en carbure sont conçus pour percer des sols «mous». Avec leur aide, tous les types de roches argileuses de toute consistance, semi-roches, sables humides et humides de composition dense et de densité moyenne sont forés. Pour traverser les grès et les marnes, des couronnes avec des incisives en tungstène-cobalt sont utilisées.

Petites incisives les couronnes sont destinées au forage de dureté moyenne de petites roches abrasivité. Ils sont équipés de couteaux octogonaux ou carrés. Lorsque les incisives sont situées à différentes hauteurs, un abattage pas à pas est également réalisé, dont les avantages ont été décrits ci-dessus.

L'utilisation de couronnes nervurées améliore la circulation du fluide de rinçage en augmentant le diamètre du trou de forage

Côtelé trépans conçus pour le forage de roches moyennement dures abrasivité. Les fraises de ces couronnes sont constituées d'acier cylindrique ou prismatique personnel avec insert en carbure. Dans ce cas, même en cas d'usure de la couronne ne diminue pas l'efficacité de son travail.

Les couronnes avec des outils diamantés sont conçues pour le forage de roches et semi-roches de haute abrasivité.

Pour augmenter la résistance et augmenter les propriétés abrasives, les diamants industriels sont pressés dans sa masse coulée pendant le processus de production. Récemment, les cristaux naturels sont souvent remplacés par des cristaux artificiels

Le nombre de nervures est déterminé par la conception de la couronne et son diamètre - ils peuvent aller de trois à six. L'accélération du processus de destruction des roches peut être obtenue en remontant les nervures par rapport à la face d'extrémité de la couronne. Ainsi, un fond étagé est assuré et le passage du fluide de rinçage est facilité.

Tubes de tubage de puits de forage

Les tuyaux en acier du noyau et du tubage sont fabriqués conformément à GOST 51682-2000. En géologie d'exploration et d'ingénierie, ils sont utilisés pour empêcher l'effondrement du sol au fond, ce qui ne permettrait pas de comprendre à quelle profondeur une couche géologique est remplacée par une autre.

Dans disposition des ouvertures de prise d'eau des tuyaux de tubage forment les parois du puits. Dans le boîtier assemblé à partir d'eux, une autre chaîne de tuyaux opérationnelle est immergée. Maintenant, il est le plus souvent assemblé à partir de plastique. L'enveloppe de production est équipée d'un filtre pour retenir les grains de sable et le gravier fin pendant le pompage.

Les plus courants sont les tuyaux de tubage avec raccords à embout. En même temps, les tuyaux ont un filetage intérieur d'un côté et un filetage extérieur de l'autre côté. Le coffre fileté est assemblé extrêmement simplement et rapidement.

Les tuyaux du noyau et du tubage sont filetés, d'une extrémité à l'extérieur, de l'autre à l'intérieur. Cela vous permet d'assembler rapidement et facilement le boîtier. Les dimensions des filetages sont unifiées - n'importe quel boîtier peut servir de tube central, il suffit de visser la couronne et le dessus

Il existe des tuyaux de tubage conçus pour les joints soudés. Ils ne sont pas utilisés dans le secteur privé en raison du processus laborieux d'assemblage des colonnes.

Les tubes de tubage et de noyau sont en acier de grade 45 avec le groupe de résistance "K". Pour augmenter la résistance à l'usure de la surface, les extrémités des tuyaux sont durcies. Selon l'équipement de forage utilisé et le diamètre pompe submersible dans le dispositif des ouvertures de prise d'eau privées, des tuyaux d'un diamètre de 100 à 200 mm sont utilisés.

Étapes de forage de carottes

Avant de commencer le travail, vous devez étudier le plan cadastral et préparer la surface de travail. Il est nécessaire d'assurer un accès sans entrave au site de forage à la fois de l'appareil de forage lui-même et de la machine avec du fluide de rinçage.

La prochaine étape consistera à creuser une fosse d'un volume d'au moins 2 mètres cubes - cela évitera la nécessité d'utiliser un réservoir supplémentaire. La fosse est conçue pour drainer les eaux souterraines et les fluides de rinçage usés. Pour installer la partie principale du tronc, il est nécessaire de perforer le sol.

Ensuite, la couronne sélectionnée est connectée au tube de forage et la sélection tuyau d'enveloppequi va s'approfondir à mesure qu'ils s'approfondissent. L'installation doit être solidement fixée, après quoi la plate-forme de forage est lancée.

Technologie de colonne avec lavage du fond de l'eau avec le moyen le plus simple et rapide pour libérer l'arbre de travail de la roche détruite

Lorsque le carottier est approfondi et rempli, il est périodiquement soulevé à la surface du jour et nettoyé du sol capturé par l'outil pendant le forage. Ensuite, le noyau libéré du noyau peut à nouveau être immergé dans le trou du puits pour continuer le forage.

Pour monter le train de tiges, composé d'un projectile de base et de tiges, démonté. C'est-à-dire que la barre après la barre est séquentiellement séparée jusqu'à ce que le tube central soit retiré du canon.

La meilleure option pour développer un puits pour les commerçants privés est le forage de carottes, suivi du rinçage. Aucun échantillon ne doit être prélevé dans ce cas. L'essentiel est de former rapidement le fût et de le nettoyer des boues. travaux de développement pour l'opération à venir.

Pour le lavage, vous pouvez utiliser n'importe quelle eau, elle convient tout à fait à partir d'un étang ou d'une rivière à proximité. Le forage peut également être effectué à sec si un puits de sable est en cours de développement. Habituellement, dans ce cas, une paire de seaux d'eau en tant que fluide de forage ne suffit que pour refroidir la coque au fond.

Selon la technologie de base, les trous sont percés dans des structures en béton et en béton armé, des fondations et des murs en briques.

Lorsque vous travaillez dans du sable meuble et à faible humidité, pour renforcer les parois du trou dans la solution de travail, il est recommandé d'ajouter du verre liquide ou de la masse d'argile. Dans tous les cas, lorsque le forage traverse l'horizon avec une structure instable, il est justifié de renforcer les parois du puits avec des tubages de cuvelage.

Caractéristiques technologiques du processus

En cours d'approfondissement, il est possible d'ajuster la vitesse du foret. Il est à noter que les couches de roches sédimentaires forées surmontent facilement à basse vitesse. Mais lors du passage des formations rocheuses indigènes, une augmentation de la fréquence de rotation est nécessaire. Avec la méthode de carottage, il est possible de passer des formations de différentes compositions et de toute dureté.

Il est nécessaire de tenir compte du fait que l'appareil de forage doit être situé sur une plate-forme horizontale préparée et nivelée. L'angle de pénétration peut être ajusté si le diamètre du trou en cours de développement ne dépasse pas 1 mètre. Ensuite, la verticalité de la production est supportée par le boîtier.

Les tuyaux de tubage peuvent être réutilisés si, juste après le naufrage, ils sont retirés de la mine. Un tube central est une coque réutilisable, ce qui ne peut pas être dit pour les couronnes. Le forage dans l'horizon sédimentaire nécessite au moins deux, voire plus. Lors de la construction d'un puits sur calcaire, il est impossible de prédire avec précision le nombre de couronnes effacées.

Afin de prolonger la durée de vie du noyau en diamant après son installation ou son remplacement, le fond du puits doit être traité avec un burin. Cette mesure augmentera considérablement le taux de pénétration.

La plate-forme de forage peut être montée sur des véhicules à haute capacité de charge ou sur une chenille équipement spécial en cas de travaux en terrain difficile. Un équipement mobile plus léger peut être utilisé pour le carottage de puits d'eau.

Avantages et inconvénients de la méthode des colonnes

En raison de l'action ponctuelle de la couronne, une coupe et un retrait précis d'un seul noyau sur la surface sont assurés le long de son rayon. La technologie est applicable pour le forage jusqu'à XII catégories, vous pouvez travailler à la fois perpendiculairement et à un angle.

L'un des indicateurs les plus importants de la méthode des carottes est considéré comme une productivité et une vitesse de forage élevées.

De plus, les avantages suivants peuvent être distingués:

• Le volume de forage en cas d'utilisation de fluide de rinçage ou d'eau de process est de 85%;
• L'introduction d'émulsions actives dans la solution de travail permet de conserver les parois du puits dans son état d'origine;
• En raison de la réduction des charges axiales due au fait que la roche n'est pas détruite en continu, une réduction des coûts énergétiques est obtenue.
• La méthode vous permet de travailler avec toutes les roches, y compris le basalte et le granit.
• Lors de l'utilisation de la machine mobile préfabriquée, il est possible d'effectuer des travaux dans des endroits difficiles d'accès.

En plus des avantages, le carottage a également ses inconvénients:

• Lorsque vous travaillez dans des roches fracturées, un coincement du cœur se produit souvent, ce qui conduit à la nécessité de retirer le tuyau pour le démonter.
• Lors du passage de roches dures en raison de la surchauffe et de l'accaparement, la couronne s'émousse rapidement. Pour éviter cela, il est nécessaire d'utiliser du liquide de refroidissement et de réduire le débit d'alimentation. En conséquence, la vitesse de forage est réduite.
• La petite section transversale (jusqu'à 200 mm) de forage ne permet pas l'utilisation de submersible pompes.

Lors du développement de puits d'eau dans le cas de l'utilisation d'une solution argileuse lors de l'ouverture du réservoir, il y a une forte probabilité d'envasement de l'aquifère.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo 1. L'étape initiale du forage de puits par la méthode carotte:

Vidéo 2. Carottage dans une roche granitique:

Le début des opérations de carottage doit être précédé d'un calcul économique. Le respect des normes de sécurité et des règles de fonctionnement des équipements minimise le risque de défaillance, garantissant ainsi une efficacité élevée, une vitesse de forage et des coûts économiques réduits.

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