La boue de bentonite est essentielle aux projets de forage, et sa qualité détermine souvent le succès ou l'échec de l'opération. Bien que la technologie du forage directionnel horizontal (FDH) ait été initialement réservée à la pose de pipelines au-dessus des rivières, son application s'est considérablement développée avec la demande croissante du marché. La bentonite est devenue le principal matériau de boue pour la boue de forage directionnel horizontal.
Mais quels rôles spécifiques jouent la technologie de forage directionnel horizontal et la boue bentonite dans le processus d'exploitation ? Et comment ajuster la boue bentonite pour garantir que le forage atteigne les résultats souhaités ?
Technologie de forage directionnel et fonctions de la boue
1. Principe de la technologie du forage directionnel
(1) Forage
L'appareil de forage est fixé à une extrémité du tracé prévu du pipeline. Selon un angle prédéterminé, l'équipement entraîne la tige de forage, qui à son tour fait tourner et avancer le trépan. Guidé par des instruments de positionnement, le foret progresse à la profondeur et à la longueur requises, franchissant les obstacles souterrains jusqu'à son aboutissement.
Au cours de ce processus, une pompe à boue est utilisée pour injecter de la boue à base de bentonite ou du coulis de ciment dans la tige et le trépan. Cela permet de stabiliser le trou de forage, d'éviter son effondrement, de refroidir le trépan et de lubrifier la tige, l'empêchant ainsi d'être coincée par les couches de sol environnantes.
(2) Alésage arrière
Une fois le trépan et le tube sortis du sol, le trépan est retiré et remplacé par un alésoir. La tête motrice tire ensuite le tube et l'alésoir en sens inverse, élargissant ainsi le trou de forage pour accueillir le pipeline.
(3) Retrait
Lors de l'alésage arrière, la canalisation est fixée derrière l'alésoir arrière. Lorsque la tige de forage et l'alésoir arrière sont tirés vers l'arrière, ils entraînent simultanément la canalisation dans le trou de forage élargi jusqu'à son installation complète, complétant ainsi le processus de pose de la canalisation.
2. Fonctions de la boue
(1) Suspension et transport des boutures
Il s'agit de l'une des fonctions les plus fondamentales de la boue de forage. Elle évacue les débris (particules de roche ou de sol) générés par le trépan ou l'alésoir hors du trou de forage, le maintenant propre et facilitant l'installation du pipeline pendant le retrait.
(2) Stabilisation du forage
Le maintien d'une paroi de forage stable et uniforme est essentiel à la réussite du forage horizontal horizontal (FHD). C'est également une condition essentielle pour obtenir des résultats de forage rapides et de haute qualité.
(3) Lubrification
La boue de forage assure une lubrification efficace pendant le forage initial du trou de guidage et les phases de retrait du pipeline. Cette lubrification est particulièrement bénéfique lors de l'alésage dans les formations rocheuses dures, réduisant l'usure de l'alésoir.
(4) Refroidissement
Lors du forage et de l'alésage, le trépan et l'alésoir génèrent tous deux une chaleur importante en tournant dans la roche ou le sol. La tige de forage génère également de la chaleur par frottement contre la paroi du trou. La boue de forage contribue à refroidir ces composants, prolongeant ainsi leur durée de vie. service vie.
(5) Analyse de formation
En analysant la boue qui revient à la surface, les opérateurs peuvent obtenir des informations sur la lithologie du sous-sol et apporter des ajustements opportuns au processus de construction.
Caractéristiques et exigences d'indice des boues de forage directionnel horizontal
1. Caractéristiques de la boue
Les exigences de performance des boues bentonitiques pour les projets de forage directionnel horizontal (FDH) varient en fonction des conditions de construction et de l'environnement souterrain. Par conséquent, les méthodes de préparation et les formulations des boues de forage sur site peuvent différer en conséquence.
Cependant, sur la base des fonctions fondamentales de la boue, les caractéristiques générales suivantes sont généralement requises pour les opérations du disque dur :
(1) Viscosité
La viscosité désigne la résistance du fluide à l'écoulement. Une viscosité adéquate assure une circulation efficace de la boue dans le forage. Une viscosité trop élevée augmente la résistance pendant le forage, réduisant ainsi l'efficacité de la construction. Une viscosité trop faible empêche l'évacuation des déblais de forage. La viscosité idéale doit être ajustée en fonction des conditions géologiques du site.
(2) Force du gel
La résistance au gel est une propriété essentielle de la boue bentonite. Elle désigne sa capacité à former une structure gélatineuse au fil du temps, permettant ainsi la suspension des déblais dans le trou de forage.
Si les déblais ne sont pas correctement suspendus, ils se déposeront au fond du trou de forage, bloquant potentiellement la circulation. Cela peut entraîner une augmentation de la pression en fond de trou, une fracturation de la formation, un débordement en surface, l'enfouissement des tiges de forage, voire la perte d'outils.
(3) Fluidité
La boue de forage horizontal doit conserver une bonne fluidité au fil du temps. La viscosité ne doit pas augmenter excessivement pendant le stockage ou les arrêts de circulation. Une boue gélatineuse peut perdre son efficacité à soutenir la paroi du forage et à maintenir l'équilibre de pression.
(4) Faible perte de filtration
Une faible perte par filtration est essentielle pour la boue HDD. Cette boue, à faible perte de fluide, forme un gâteau filtrant fin et durable sur la paroi du forage, réduisant ainsi le risque d'effondrement. Elle empêche également l'absorption excessive d'eau par la formation, susceptible de provoquer un gonflement, un rétrécissement ou une instabilité.
(5) Thixotropie
La thixotropie désigne la capacité de la boue à devenir moins visqueuse lorsqu'elle est agitée et à retrouver sa viscosité lorsqu'elle est statique. Après l'arrêt de la circulation de la boue, ses propriétés thixotropes lui permettent de retrouver rapidement une force de gel suffisante pour suspendre les déblais.
Parallèlement, lorsque la circulation reprend, la boue devrait s'écouler facilement sans surcharger la pompe. Une boue présentant une bonne thixotropie réduit la contrainte exercée sur la pompe et favorise un mélange et un transport efficaces.
2. Exigences relatives à l'indice de boue pour différentes formations
Les exigences en matière de boue de forage varient selon les formations géologiques. Les exigences de performance basées sur des strates typiques sont les suivantes :
Exigences de performance de la boue pour différentes couches pendant la construction
| Article | Couche d'argile | Couche de sable fin | Couche de sable grossier |
| Densité (g/mL) | 1,05–1,07 | 1,05–1,07 | 1.07–1.10 |
| Viscosité de l'entonnoir de Marsh (s) | 35–40 | 45–65 | 60–70 |
| Perte de liquide (mL) | 14–15 | 12–13 | 10–11 |
| Épaisseur du gâteau de boue (mm) | 1,0–1,2 | 1,3–1,5 | 1,5–2,0 |
| Force du gel (Pa) | 0–2 / 2–6 | 2–4 / 4–8 | 2–6 / 6–10 |
| Rapport limite d'élasticité/viscosité plastique (Pa/(mPa·s)) | <1,0 | <1,0 | <1,0 |
| Teneur en sable (%) | <3 | <3 | <3 |
| valeur du pH | 8,5–9 | 8,5–9 | 8,5–9 |
(1) Couche d'argile
Les couches argileuses sont souvent constituées de sable alluvial, de limon et de sol limoneux. Parmi les exemples courants, on trouve le mudstone jaune et le mudstone brun.
Ces formations sont relativement dures et très absorbantes. Elles offrent une bonne forabilité et une bonne porosité, permettant une rotation, une poussée et une excavation efficaces des outils. Les couches d'argile sont généralement stables et considérées comme les plus faciles à percer.
(2) Couche de sable fin
Les formations de sable fin contiennent un mélange d'argile ou de limon avec de grandes quantités de sable jaune, ainsi que des galets ou du gravier. Ces formations présentent une porosité modérée. Elles sont sujettes à l'effondrement, à la perte de boue et à l'absorption d'eau. Lors du forage pilote et de l'alésage, ces couches peuvent facilement s'effondrer, ce qui nécessite un contrôle minutieux de la boue.
(3) Couche de sable grossier
Les couches de sable grossier comprennent généralement de grandes quantités de sable jaune, de sables mouvants à forte teneur en eau et de gravier. Ces formations sont relativement rares. Leur porosité est très faible et elles sont extrêmement instables. Elles sont sujettes à de graves effondrements de forage, à des fuites de boues et au piégeage des équipements. Le forage dans ces couches est lent et l'usure des équipements est importante en raison de la nature abrasive du matériau.
Caractéristiques de la bentonite pour la boue
La bentonite est un type d'argile dont le principal composant est la montmorillonite. La montmorillonite est généralement classée en bentonite sodique et calcique selon le type et la teneur en cations échangeables interfoliaires.
La bentonite utilisée dans les boues de forage directionnel horizontal présente les caractéristiques suivantes :
1. Bentonite à base de sodium
La bentonite sodique est le principal type utilisé dans les applications HDD. Elle se caractérise par une forte absorption d'eau, un taux de gonflement élevé et un rendement élevé en suspension. Dispersée dans l'eau, elle forme un gel présentant une bonne viscosité, une bonne thixotropie et un bon pouvoir lubrifiant.
Les entreprises américaines utilisent généralement de la bentonite sodique naturelle provenant du Wyoming, aux États-Unis. En revanche, la bentonite sodique artificielle est plus couramment utilisée en Chine.
2. Teneur élevée en montmorillonite
Les propriétés physiques et chimiques de la bentonite dépendent largement du type et de la teneur en montmorillonite qu'elle contient. Plus la teneur en montmorillonite est élevée, plus le rendement en boue est élevé. La bentonite sodique naturelle du Wyoming contient jusqu'à 851 TP3T de montmorillonite ou plus. La bentonite de qualité supérieure, produite localement, contient généralement plus de 801 TP3T de montmorillonite.
3. Faible teneur en sable
La bentonite utilisée dans la boue de forage doit avoir une teneur en sable inférieure à 3%, pour garantir la qualité de la boue et éviter l'abrasion de l'équipement de forage.
4. Force de gel élevée
La bentonite possède une forte résistance au gel, lui permettant de suspendre des déblais de forage plus volumineux. Lorsque la boue est statique dans le trou de forage, elle doit conserver une résistance au gel suffisante pour maintenir les déblais solides en suspension. Ces déblais doivent également rester en suspension pendant l'extraction afin d'éviter toute sédimentation, susceptible de bloquer la circulation et d'entraîner une accumulation de pression, une fracture de la formation, un débordement en surface, voire l'enfouissement des outils et la défaillance du forage.
5. Bonne adaptabilité à l'eau
Les chantiers de construction sont souvent situés dans des zones reculées où la qualité de l’eau est variable.
L'eau utilisée pour préparer la boue peut contenir des niveaux élevés d'ions calcium et magnésium, ou être acide. Une bentonite de mauvaise qualité peut floculer et se séparer lorsqu'elle est mélangée à cette eau, réduisant considérablement sa viscosité et la rendant impropre à la consommation. Une bonne boue de bentonite doit résister à ces effets et rester stable dans des conditions d'eau variables.
Conclusion
Le choix de la bonne bentonite est essentiel au succès de tout forage directionnel horizontal projetLa bentonite sodique de haute qualité, dotée d'un excellent pouvoir gonflant, d'une faible teneur en sable et d'une forte résistance au gel, garantit des forages stables, une évacuation efficace des déblais et des performances de forage fiables, même dans des conditions d'eau difficiles. En utilisant une bentonite aux performances éprouvées, vous réduisez les risques opérationnels, améliorez l'efficacité de la construction et obtenez de meilleurs résultats pour vos projets. Que vous soyez confronté à des couches d'argile molle ou de sable complexe, une boue bentonite adaptée fait toute la différence.
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