ESSAIS DE POMPAGE ET CHIMIE DES EAUX DE FORAGES

Rôle de la boue de forage bentonitique

Les principaux rôles de la boue de forage sont : la remontée au jour des sédiments broyés (cuttings); la consolidation et le soutènement des parois de forage par le dépôt de cake sur les parois; le maintien des cuttings en suspension (très important dans le cas où il se produit un arrêt de circulation pour éviter le coinçage de l’outil);
le refroidissement de la garniture, ainsi que sa lubrification (graissage) et son nettoyage pour éviter leur usure.
l’augmentation (par le jet) de l’action abrasive de l’outil de forage sur le terrain (car le fluide sort du trou par l’intermédiaire de l’outil à forte pression).
la facilité et le contrôle des opérations de mise en place du gravier et de la cimentation. le renseignement sur la nature du terrain et sur son potentiel aquifère. l’équilibrage des pressions hydrostatiques des couches aquifères afin de juguler (égorger) les jaillissements des forages artésiens, car un brusque jaillissement d’eau peut détériorer le forage. la protection contre le gonflement ou l’affouillement (creusage) de certaines couches traversées.

Circuit de la boue de forage

Le mode de circulation de la boue employé lors des travaux de foration est la circulation normale. Tout d’abord on procède au malaxage de la boue à l’aide d’un malaxeur dans la fosse à boue. Dans le circuit normal le fluide est injecté dans le train de tiges à l’aide de la pompe à boue, circulant de haut en bas pour sortir au fond du forage avec une certaine pression à travers les orifices de l’outil de forage. En sortant de l’outil, la boue transporte les cuttings et les remonte à travers l’annulaire (espace entre les parois du trou de forage et le train de tige) en surface pour rejoindre la fosse à boue en passant par la fosse de décantation où s’effectue l’échantillonnage. Le mélange boue-cuttings en remontant à la surface se déverse sur un tamis situé au-dessus de la fosse de décantation permettant de récupérer les cuttings. Il faut veiller à ce que les cuttings ne traversent pas le tamis car leur forte présence dans la fosse à boue peu modifier les propriétés du fluide de forage. Le fluide de forage, arrivée dans la fosse à boue est aspiré par le flexible d’aspiration de la pompe à boue et refoulé par cette même pompe dans le train de tige à travers le flexible d’injection et le circuit continu.

Chambre de pompage et trou du captage

La chambre de pompage permet un positionnement correct de la pompe. Il est télescopé avec la colonne technique . La chambre de pompage est un tube en acier casing de diamètre 13’’ 3/8. Le forage du trou de la chambre de pompage a été réalisé avec un outil de17’’1/4 . La profondeur prévue de la chambre de pompage est de 130 m. Mais étant bloqué à 106,2 m de profondeur, on a été obligé de le laisser à ce niveau. Ce blocage est dû soit au gonflement des terrains marneux ou argileux, ou bien à des éboulements de terrain lors de la descente de la chambre de pompage. Donc pour éviter ce genre de désagrément avant la pose de la chambre de pompage, il faut s’assurer au préalable que le trou soit droit, homogène et propre. L’espace annulaire entre le trou et la chambre de pompage sera cimenté à sa base et à son sommet (cimentation de tête 20 m, cimentation de pied 20 m). Entre ces deux niveaux de cimentation, on va remblayer avec du gravier de basalte (3 – 8 mm). La cimentation de tête et le remblayage se font à l’aide d’un entonnoir en surface alors que la cimentation de pied se fait à l’aide du sabot de cimentation. Le sabot est un bout de la chambre de pompage destructible coulé 2 à 5 jours avant son utilisation. Il est muni d’un clapet de cimentation et d’une bille en bois anti retour (de la grosseur d’une balle de tennis) faisant office de valve.
Lors de la cimentation de pied, la pompe de cimentation envoie le laitier de ciment sous pression dans la chambre à travers une colonne de tige d’injection de ciment de diamètre 2’’ posé au-dessus du sabot. Le ciment pénètre dans l’espace annulaire par l’orifice du sabot qui est obturé par la balle dès l’arrêt de l’injection empêchant donc les venues de ciment dans la chambre.
le trou du captage est la partie du forage qui a pris le plus de temps. La longueur du trou de captage prévu est de 331,85 m (de 130 à 461,85 m). La foration du trou de captage est une opération assez délicate, il faut veiller à la verticalité du trou. Un outil tricône à 12’’ a été utilisé pour sa foration . Pour rendre le trou plus stable, homogène et verticale, un stabilisateur (ou aléseur) de diamètre de 12’’a été confectionné et utilisé.

Lavage par air-lift et traitement chimique

Lavage par air lift avant traitement chimique : Une grande partie de la boue qui restait dans le forage a été évacué lors du lavage. L’air-lift est indispensable pour continuer le processus de développement du forage. La colonne de tige de 4’’ est enlevée et remplacée par une colonne de tubes galvas de 1’’ ½ qui est reliée à un compresseur d’air par un flexible. L’air comprimé est injecté par le compresseur à travers la colonne de galvas. L’émulsion ainsi créée permet de soulever l’eau boueuse qui remonte à travers le captage, et ce mouvement est ensuite guidé par un deuxième tube au sommet du captage permettant d’évacuer l’eau. Ce procédé appelé « air lift » est presque équivalent à un pompage. On a de plus la possibilité d’imprimer au dispositif un mouvement de va et vient accentuant l’agitation de l’eau. Des variations brutales de pression ainsi créées assurant la destruction des «ponts de sables».
Traitement chimique : Il s’agit d’un traitement par injection d’hexamétaphosphate de sodium qui est un agent chimique qui a le pouvoir de défloculer l’argile (gâteau d’argile déposé sur les parois du terrain aquifère) et par conséquent leur élimination par air lift. D’où l’intérêt de ce procédé pour achever le nettoyage du trou de forage, et pour traiter les sables imprégnés d’éléments argileux. La durée d’action de l’hexamétaphosphate de sodium est de 6 heures.
L’hexamétaphosphate de sodium après avoir été mélangé avec de l’eau est injecté sous pression par la pompe à boue toujours par l’intermédiaire de la colonne de galvas. Le traitement à l’hexamétaphosphate de sodium se déroule en plusieurs phases successives d’injection séparé par un nettoyage du trou à l’air-lift.

Pompage de développement

C’est une méthode très simple et couramment utilisée. Avant de procéder au pompage proprement dit, il faut au préalable effectuer plusieurs manœuvres :
gravillonner avec du basalte puis cimenter la partie de l’espace annulaire vide jusqu’à une profondeur de 133 m pour ne pas cimenter le largage qui est à 126 m.
Après la prise du ciment, le largage sera desserré en le tournant dans le même sens de serrage. Il existe 20 m de terrain nu entre 106,2 et 126 m, puisque la chambre de pompage est à 106,2 m et que le captage après avoir été largué est à 126 m. Ce qui n’était pas prévu au départ car la chambre devrait être à 135 m de profondeur vu que le rabattement de la nappe maastrichtienne dans la zone est important, de même que le niveau statique. Ce terrain nu sera protégé par une autre chambre de pompage en tôle de 35,12 m de longueur et de diamètre 11’’.
Après que toutes ces manœuvres aient été effectuées, une pompe de 2,70 m de longueur et de diamètre 9’’ (câbles y compris) sera installée dans la chambre de 11’’. La profondeur de la pompe est définie en fonction du rabattement maximal de la nappe mais aussi en fonction de la profondeur de la chambre de pompage de 11’’ à 127 m. En ce moment on peut dresser la coupe technique du forage .
Le pompage de développement s’est déroulé par palier successifs de débits croissants (de 35 à 130 m3/h).On observe qu’à chaque augmentation de débit, l’eau sera trouble, et le palier sera maintenu jusqu’à ce que l’on obtienne de l’eau claire.
En définitif, le pompage de développement a permis de définir la profondeur de la pompe qui est logée à 121,82 m de profondeur. Le niveau statique de l’eau est de 72,52 m. Le niveau dynamique maximal est à 114 m.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
1.1. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE
1.1.1. Cadre physique
1.1.1.1. Localisation de la zone d’étude
1.1.1.2. Géomorphologie
1.1.2. Climat et végétation
1.2. CONTEXTE GEOLOGIQUE
1.2.1. Contexte régional
1.2.2. Contexte local
1.2.2.1. Continental terminal/Quaternaire
1.2.2.2. Eocène
1.2.2.3. Paléocène
1.2.2.4. Maastrichtien
1.2.3. Conclusion Partielle
1.3. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE
1.3.1. Système aquifère superficiel
1.3.2. Système aquifère intermédiaire
1.3.2.1. Eocène
1.3.2.2. Paléocène
1.3.3. Système aquifère profond
1.3.3. Conclusion
CHAPITRE 2 : TRAVAUX DE REALISATION DU FORAGE F1 BIS AUX ICS
2.1. ORGANIGRAMME DE L’ENTREPRISE AU CHANTIER
2.1.1. Moyens humains
2.1.2. Moyens matériels
2.2. PRINCIPE DE LA METHODE UTILISEE
2.2.1. Garniture
2.2.2. Boue de forage
2.2.2.1. Rôle de la boue de forage bentonitique
2.2.2.2. Circuit de la boue de forage
2.2.3. Description et chronologie des opérations de foration : cas du forage F1bis
2.2.3.1. Avant trou de forage
2.2.3.2. Colonne technique
2.2.3.3. Chambre de pompage et trou du captage
2.2.4. Terrains traversés
2.5. Captage
2.2.6. Gravillonnage
2.2.7. Développement
2.2.7.1. Lavage de l’intérieur du captage
2.2.7.2. Lavage par air-lift et traitement chimique
2.2.7.3 Pompage de développement
2.3. Conclusion partielle
CHAPITRE 3 : ESSAIS DE POMPAGE ET CHIMIE DES EAUX DE FORAGES
3.1. ESSAIS DE POMPAGE
3.1.1. Pompage par palier
3.1.2 – Pompage d’essai de longue durée
3.1.2.1. Interprétation de la courbe de descente du forage F1Bis
3.1.2.2. Interprétation de la courbe de remontée du forage F1Bis
3.1.3. Conclusion partielle
3.2. CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES EAUX DES FORAGES F1bis et FC1
3.2.1. Mesures in situ
3.2.2 Analyses chimiques
3.2.3. Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES