Semănătoarea este actul de a sapat o gaura ( de asemenea , numit „bine“ în domeniul explorării) în Pământ . Echipamentul puțului, cum ar fi carcasele și, în general, mijloacele tehnice pentru săpat, variază în funcție de dimensiunea și obiectivele sale. Forăm pentru prospectarea și / sau exploatarea subsolului . De exemplu, puțurile sunt forate pentru:
Mijloacele tehnice puse în aplicare diferă foarte mult: de la manualul de foraj , la turla de foraj ușor și mobil pentru forajelor de mai puțin de 10 de metri , la o onshore instalație cu un ulei de bine sau la o platforma petroliera de exploatare. Off - shore companie de petrol .
În 2014, un studiu științific al datelor oficiale din Australia , Austria , Bahrain , Brazilia , Canada , Olanda , Polonia , Regatul Unit și Statele Unite a arătat că mai mult de patru milioane de puțuri de hidrocarburi terestre au fost deja forate doar în aceste țări. Odată ce funcționarea sa încheiat, foarte puține dintre ele sunt monitorizate și se observă în mod regulat pierderile de carcasă sau de integritate.
În aproape toate cazurile, un motor diesel asigură puterea necesară pentru găurire. Puterea este apoi livrată fie prin electricitate, fie mecanic. În cazul găurilor adânci, cel mai adesea se utilizează generatoare electrice alimentate de un motor Diesel. Opțiunea „electrică” are multe avantaje, printre care reducerea zgomotului și organizarea mai simplă a șantierului.
Motoarele care furnizează energia mecanică sunt conectate fie la o masă rotativă care transmite mișcarea tijei pătrate [așa cum sugerează și numele său, este pătrată sau hexagonală pentru a permite rotația acesteia; această tijă este conectată la tijele de foraj printr-un accesoriu de uzură, care transmite mișcarea către instrumentul de foraj ( bit în engleză)], sau la un cap rotativ ( pivotant electric ) care transmite mișcarea direct la tijele de foraj.
Sistemul de rotație include în mod obișnuit un cap de injecție, o tijă de acționare care trece printr-o masă rotativă și care este conectată la un șir de burghiu (în) (sau un șir de burghiu) și la capătul coloanei un burghiu de unelte care sapă solul. Tija de acționare și, astfel, șirul de găurire și instrumentul de găurit, toate se rotesc prin masa rotativă și o secțiune unghiulară a coloanei care se află la nivelul mesei sau dacă masa nu este mijlocul de rotație al mașinii de găurit, prin capul de injecție care servește și la acționarea coloanei.
Căptușeala poate fi definită prin „toate materialele tubulare coborâte în puț, cu excepția carcasei”.
Turboforarea este o variantă a forajului rotativ. În acest sens, conductele de foraj nu se rotesc, iar burghiul este fixat direct sub turbină, care este rotită de fluidul de foraj (apă nămolită). Turboforage a fost dezvoltat de compania Neyrpic și echipamentele comercializate din 1956 sub denumirea comercială de Neyfor. Mai rapidă, dar mult mai costisitoare decât forajul rotativ, forajul turbo se limitează rapid la utilizări specifice, în special în larg .
Șirul de foraj este o serie de tije înșurubate împreună și, de obicei, de dimensiuni standard. Adăugarea de tije în timp ce mergeți vă permite să progresați mai adânc. Pentru platformele de foraj medii și mari, dimensiunile tijelor au fost standardizate și au o medie de 9,5 m . Această dimensiune standard poate părea nemernică, dar se pare că a fost definită în conformitate cu standardele API și corespunde unei lungimi de 30 de picioare .
Tijele de foraj sunt interconectate prin filete standardizate. Diametrul tijelor este mai mare la fitinguri pentru a le întări și a le proteja împotriva uzurii.
Pentru mașină de găurit, instrumentul de găurit de la capătul șirului de burghie este una dintre cheile activității sale. Instrumentul trebuie ales dintr-un catalog pe cât de variat poate fi litologia întâlnită. În timp ce un instrument de tip ciocan poate sparge roca compactată, acesta va fi ineficient la saparea argilei , spre deosebire de unelte de tip melc și grit.
În funcție de diametrul său, instrumentul poate cântări de la câteva kilograme la câteva sute de kilograme. Există diferite tipuri de unelte de găurit:
De alezoarelor nu sunt strict vorbind unelte de cap, deoarece acestea pot fi montate , în plus față de instrumentul principal. Scopul alezoarelor este de a face o gaură mai mare sau pur și simplu de a răzuia marginile și uneori de a compacta fundul găurii. Prin urmare, facem distincția între alezori compactoare, în formă de vârf, cu lamă deschisă sau cilindrică, în trepte etc.
Tricon
Trilame
Triconi
Tricon
Tricon
Tricon
Tricon
Tricon
Tricon
Cuvântul derrick folosit în câmpul petrolier desemnează un turn din lemn sau metal care susține dispozitivul de forare al unei puțuri de petrol . Cuvântul englez a desemnat mai întâi o spânzurătoare sau spânzurătoare și ar veni de la Thomas Derrick (ro) , celebrul călău din Tyburn , principalul loc al execuțiilor capitale ale infractorilor englezi. Apoi desemnează mai general un dispozitiv de ridicare . În XIX - lea secol , în franceză, termenul este aplicat pe cadrul de susținere a platformei într - o instalație de foraj teren.
Fluid într - o gaură de sondă este un element cheie, deoarece evacueaza butași , care se acumulează la fundul puțului, se stabilizează pe pereții bine atunci când acesta din urmă este încă „goale“ (fara carcasa ) , și în cele din urmă se poate lubrifia și răcoros.unealta în funcțiune. Alegerea unui fluid nu se oprește aici: apa subterană (uneori potabilă) poate fi contaminată de anumite fluide utilizate.
Pentru a evacua butașii burghiului , fie fluidul trebuie să circule foarte repede (aer comprimat), fie fluidul, apoi lichid, trebuie să aibă o densitate și o vâscozitate controlate în mod regulat de burghiu. Reglarea acestor parametri se face prin adăugarea de bentonită și polimeri pentru vâscozitate, precum și barită , formiat, cesiu sau săruri de sodiu sau potasiu pentru densitate. Problema descărcării butașilor nu depinde numai de proprietățile fluidului - presiunea și debitul impuse asupra acestuia, zona coloanei de evacuare și pierderile sunt alți factori de luat în considerare.
Diferitele fluide de foraj sunt:
Circulația aerului se va face cu ajutorul unui compresor pentru aerul comprimat, iar puterea compresorului va depinde de adâncimea forajului. Nămolul, pe de altă parte, este trimis prin intermediul pompelor speciale. Se numește fluidul în circulație directă , ceea ce coboară prin șirul de foraj, iar fluidul în circulație inversă cel care coboară prin spațiul inelar. Circulația inversă are mai multe avantaje:
O „pierdere de fluid” indică de obicei prezența fracturilor sau a altor goluri pe terenul traversat. Pierderea de lichid duce, de obicei, la o scădere a presiunii, ceea ce poate provoca probleme majore pentru burghiu.
Diagrama unui foraj în circulație directă
Diagrama forajului de circulație inversă
Postați fie 3x8 ( Franța ), fie 2x12 (alte țări)
Instalație de foraj sau instalație de foraj
Mai mult :
Mai mult :
Controlul erupțiilor dintr-un puț necesită un bloc de blocare constând dintr-un sistem de supape. Acest control poate fi realizat prin conținerea intrărilor în fântână (capac) sau prin îndepărtarea acestuia din urmă. În cazul forării cu petrol, blocul de etanșare trebuie să permită atingerea următoarelor puncte:
Într-un climat foarte rece, ca și în Quebec , principalele funcții ale sistemului de foraj nu trebuie să înghețe; pentru aceasta este necesar un sistem de încălzire. Un sistem tipic constă dintr-un încălzitor de apă diesel și o rețea de conducte care conectează încălzitorul de apă la diferitele unități ale forajului. Același sistem poate fi utilizat pentru nevoile personalului de pe șantier.
Tubul de ghidare este aproape în toate cazurile necesar și poate fi definit ca tubul care izolează întregul puț de terenul înconjurător și care în timpul operațiunilor conține fluidul de foraj.
Carcasa intermediară este opțională și poate fi definită ca "carcasă instalată într-o fântână după instalare și în interiorul carcasei de suprafață și în care operațiunile de găurire ulterioare pot fi efectuate în interiorul puțului".
Carcasa de producție izolează carcasa de sistemul de operare (pompă și tije). Această carcasă este cimentată în carcasă, cel puțin în partea inferioară a găurii de foraj dacă se folosește o carcasă intermediară.
Filtrele sunt carcase cu spații care permit fluidului să treacă de carcasă. Există o mare varietate de materiale și modele de strecurare.
Pantoful este situat la capătul carcasei de producție sau al filtrelor. Se presupune că creează o zonă moartă din punct de vedere al circulației la pompare sau injectare. Permite sedimentarea particulelor și separarea de circulația obiectelor care ar cădea accidental în coloană.
Cimentul este complementul esențial pentru instalare și buna comportare a coloanei metalice. Scopul său este de a sigila fântâna în raport cu formațiunile geologice încrucișate și de a oferi o rezistență mecanică mai bună structurii. Carcasa puțului are apoi toate caracteristicile unei structuri din beton armat, cu o coloană de oțel cu rezistență bună la tracțiune și un ciment care oferă în plus o rezistență bună la compresiune. Cimentarea unui puț profund este o operațiune delicată de efectuat. Are loc în timpul operațiunii de finalizare a forajului și este realizată de companii specializate. Mortarul de ciment de tip Portland este injectat în partea de jos a puțului și se ridică în spatele coloanei până la capul puțului. Solidificarea cimentului este o reacție exotermă care determină o contracție de facto care poate duce, dacă este necesar, la o aderență slabă a cimentului la peretele de oțel al coloanei. Prin urmare, acest inel trebuie verificat, precum și canalele reziduale și carcasa reparate prin cimentare secundară. Această inspecție in situ este efectuată de instrumente de înregistrare amânate de tip acustic, cum ar fi CBL (Cement Bond Log) sau VDL (Variety Density Log), sectorizate sau nu. Aceste jurnale, oricât de obligatorii, nu sunt întotdeauna efectuate în mod sistematic și pot fi cauza unor accidente majore, printre altele (cf. Orizontul apelor profunde). Din 2017 au fost, de asemenea, oferite instrumente de auscultare electrodinamică care utilizează traductoare cuplate uscate (EMAT). Controlul cimentării cu cel al coroziunii poate face parte, de asemenea, dintr-un program mai larg de monitorizare a integrității sondei în timp.
Din motive economice, de sănătate sau de mediu, majoritatea forajelor trebuie să fie supuse declarației, autorizării sau chiar unui studiu de impact , inclusiv în unele țări foraje individuale.
Astfel, în Franța, de atunci 19 mai 2009, în cazul în care indivizii își declară forajele primăriei sau pe un site web dedicat forajelor interne . De cand1 st ianuarie 2009, declarația trebuie să preceadă începerea lucrărilor cu cel puțin o lună, iar puțurile sau structurile existente la 31 decembrie 2008 trebuie declarată înainte 31 decembrie 2009 cu primarul municipiului.
Forajul este o operațiune grea (și uneori periculoasă) care poate induce mobilizarea unor volume mari de teren, prezența mașinilor și necesită cantități mari de combustibil și, uneori, alte produse, cum ar fi acizii și alte produse. uneori personal mare. Poate avea efecte întârziate în spațiu și timp.
În cazul unei foraje de alimentare cu apă potabilă, trebuie să se asigure că acviferul care va fi exploatat nu este vulnerabil la prezența sitului.
În cazul forajului de petrol și gaze, hidrocarburile exploatate nu trebuie să polueze pânza freatică, aerul și împrejurimile.
Orice extracție semnificativă a fluidului subteran (apă, petrol, gaze) poate induce seismicitate indusă sau chiar mișcări la sol de tipul afundării la suprafață. Afundare sau mișcări ale solului la suprafață. Impacturile seismice („ cutremur indus ”) sunt frecvente în jurul forajelor mari de petrol sau gaze și pot apărea apariții la pomparea apei subterane din solul sedimentar neconsolidat.
O foră poate fi foarte zgomotoasă.
Este, în anumite cazuri, obligatoriu și poate integra apoi măsuri compensatorii sau restaurative. Anumite puțuri industriale, la sfârșitul vieții lor, trebuie să fie sigilate cu atenție, astfel încât să se prevină transferurile verticale sau orizontale de poluanți între pânzele freatice sau de la suprafață la subsol.
Siguranța personalului depinde de cunoașterea foarte bună a mașinilor, de ordonarea amplasamentului, ținând seama de riscurile asociate obiectivului de foraj și de protecția individuală a forajelor și a vizitatorilor ( cască de protecție , protecție auditivă , încălțăminte de protecție). Protecție, mănuși, praf mască, ochelari de protecție, auto- un aparat respirator , etc. ). Forajul include de obicei manipularea obiectelor extrem de grele (șnur de găurit, unelte de găurit, pompe submersibile etc. ), lucrări posibile la înălțime datorate catargului de foraj, sudare, mecanică (motoare, pompe etc. ) . Compresoare etc. ) și conexiuni electrice. Forarea creează praf. De asemenea, nu este anecdotic să menționăm stresul care cade asupra personalului: întârzieri, frustrări din cauza lipsei de rezultate, rate accelerate, oboseală. Acest stres trebuie luat în considerare de către supraveghetori și lideri de echipă.
Cele două riscuri principale pentru personalul de foraj sunt încurcarea cu tije și rănirea mâinilor. Îmbrăcămintea lejeră (eșarfe, tricouri libere etc.) este, în general, interzisă și se recomandă costumele de neopren. Când manipulați tijele, trebuie să fiți foarte atenți la așezarea mâinilor: niciodată mâinile sub tije.
În funcție de geologie și mediu, forajul poate pune forajele și locuitorii locali în prezența gazelor periculoase ( dioxid de carbon CO 2 , hidrogen sulfurat H 2 S etc.) datorită explozivității lor sau a toxicității lor, a solurilor și a lichidelor contaminate (sub depozite de deșeuri, situri industriale etc.).
Iată o listă neexhaustivă a celor mai frecvente accidente:
Există două tipuri de pierderi:
Aceste pierderi provin în principal din fisuri (formațiuni competente fracturate) și cavități ( carsturi ) întâlnite în timpul forării.
Non-verticalitatea găurii (cf. abaterea), alunecările de teren și tuburile rupte sau dislocate sunt posibile origini ale lipirii tijelor de sondare în gaură. Obiectele care cad în gaură și părțile fragile ale coloanei, care se rup, pot duce, de asemenea, la lipirea tijelor.
Un fir mascul și un fir feminin se pot bloca unul în celălalt. Apoi este necesar să folosiți mașini deosebit de puternice care folosesc cricuri hidraulice pentru deșurubarea celor două elemente.
Deseori datorită faptului că formațiunile geologice au o anumită scădere , abaterea forajelor este destul de comună. În primul rând, este necesar să se asigure verticalitatea catargului de foraj care servește drept ghid pentru șirul de foraj. Înclinarea catargului poate fi adaptată, dacă este necesar, pentru a corecta o abatere. Non-verticalitatea unui foraj este nedorită, cu excepția în contextul forajului direcțional , carotaj și geotehnică .
Alunecarea de teren este o problemă foarte frecventă în zonele în care capacul este destul de gros (intemperiile depășesc 15m). această formațiune neconsolidată se va prăbuși inevitabil sub efectul vibrațiilor de la burghiu. Pentru a remedia acest lucru folosim PVC sau fluide precum bentonita, polimerul CR650 ...
În mod intenționat sau nu, mașina de găurit poate pierde o parte din șnur. Cauzele pot fi diverse: o tijă se poate deșuruba sau trebuie deșurubată sau se poate rupe pentru a fi remontată.
Instrumentele de salvare sunt folosite pentru a prinde și reasambla șnurul de găurit sau alte piese care s-au desprins și au căzut sau au rămas în foraj.
De foraj orizontal este o tehnica de inginerie pentru trecerea conductelor și a cablurilor sub obstacole (drumuri, clădiri, râuri, etc. ) , fără a interveni în mod direct cu privire la aceste obstacole. Astfel, va fi posibil să se efectueze foraje orizontale perpendiculare pe axa unei căi rutiere, sub structura acesteia din urmă, pentru a trece țevi prin ea fără a fi nevoie să faceți un șanț care să afecteze structura carosabilului.
Foraj dirijat ( foraj dirijat ) adâncime este o aplicație nouă care necesită calculatoare puternice. Datorită forajului direcțional, resursele care erau greu accesibile în forajele convenționale din cauza obstacolelor geologice (litologii încăpățânate), devin accesibile. Sectoarele petrolului și gazelor sunt cei mai importanți solicitanți de foraje direcționale, inclusiv fântâni multilaterale, în special pentru extracția gazelor de șist , după fracturarea hidraulică a formațiunilor geologice de șist . Pentru aceste foraje, direcția luată este estimată prin modelare sau monitorizare.
Forajul în larg se efectuează pe mare. Navele special echipate, cum ar fi Rezoluția JOIDES , permit fundul oceanului să fie forat la o adâncime mare.
Tehnica cunoscută sub numele de găurire a carcasei a fost dezvoltată și brevetată de compania canadiană Tesco Drilling Technology . Această metodă constă în utilizarea tuburilor - care vor forma pereții puțului - ca tuburi de găurire; este deci o dublare pentru același tub. Avantajele sunt în general multiple: economisirea timpului, găurirea în medii cu un potențial total de pierdere ( carcasa în general este plasată apoi în această zonă).
Această metodă este utilizată în întreaga lume, pe anumite domenii din Africa de Vest , pentru a realiza economii substanțiale de timp pe fazele de suprafață. Alte exemple pot fi citate ca în Algeria în colaborare cu compania algeriană EPE Steppe Forage din Laghouat în regiunea Batna "Amdoukel". Forajul efectuat cu această tehnică a atins o adâncime de 650 m .
Dezvoltată inițial de Atlas Copco , metoda Odex urmează metoda ciocanului DTH și include suplimentar un tub de oțel care se așează peste un alezor sau pantof excentric puțin mai lat decât tubul. Acest tub formează carcasa exterioară a sondei. Energia impactului ciocanului și greutatea proprie a tubului împing tubul în gaură. Odex este alcătuit din trei părți retractabile care formează instrumentul de găurire. Jucon este alcătuit din patru părți retractabile și este altfel foarte asemănător cu Odex.
Această tehnică ( Coiled tubing (en) ) face posibilă desfacerea unui tub continuu (viitor tub extern al structurii) cu progresul forării profunde. Tubul continuu este înfășurat pe un cilindru și este injectat sau tras de o structură arcuită (arc) care se aruncă în puț și pe care sunt montate lanțuri cu verigi foarte mari care permit aplicarea de presiune, controlată de cilindri hidraulici., Pe tub. Trecerea tubului continuu prin arc și presiunea exercitată asupra acestuia din urmă pentru a-l injecta sau retrage din gaură accelerează îmbătrânirea acestuia. Această îmbătrânire este, printre altele, influențată de raza arcului de injecție. Tehnica tubului înfășurat are multe avantaje, în special în producția de foraj neechilibrat și foraj direcțional. Cu toate acestea, această tehnică este uneori costisitoare, mai ales dacă echipamentul rămâne neutilizat, în timp ce instalarea carcasei poate (împotriva tuturor așteptărilor) să fie mai lentă în comparație cu o instalație tradițională.
Obiectivul forajului profund, precum cel al programului KTB ( (en) Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (en) ), care a atins 9.800 m în Germania sau al forajului de 12 km sg3 din Peninsula Kola (Rusia), este de a ajunge la cunoașteți mai bine litosfera și ajungeți în zona de tranziție dintre crustă și mantaua superioară : Moho (discontinuitatea Mohorovičić).
În timp ce aceste foraje au făcut posibilă confirmarea structurii și compoziției crustei sau trasarea profilelor seismice regionale, din păcate nu au făcut posibilă atingerea stratului subiacent mult râvnit până în prezent. A fost astfel posibil să se măsoare, de exemplu, că temperatura rocilor ajunge la aproximativ 300 ° C la o adâncime de 10 kilometri .
Deoarece scoarța oceanică este mai subțire decât plăcile continentale , au apărut mai multe proiecte de foraj oceanic, MOHOLE apoi DSDP (1968-1983) în Statele Unite, apoi programe internaționale precum ODP (1985-2003) apoi IODP (2003) -2013) . Până în prezent, nicio navă nu a reușit încă să foreze până la discontinuitatea Mohorovičić.
Forajele care urmăresc să ia apă, în funcție de importanța lor, pot induce un „con de tragere a pânzei freatice” sau chiar o picătură în pânza freatică și nivelul piezometric , sau chiar o epuizare a pânzei freatice odată cu dispariția surselor sau râurilor sau zonelor umed . De asemenea, la fel ca majoritatea formelor de exploatare a resurselor naturale, acestea sunt în general reglementate. Pomparea semnificativă poate favoriza transferul poluanților prin mișcările orizontale ale corpului de apă subterană sau prin coborârea verticală a apei. Din aceste motive, perimetrele de protecție ale „ bazinelor hidrografice ” pot fi obligatorii în jurul unui bazin de apă potabilă , precum și măsuri de protecție a bazinului hidrografic . În majoritatea țărilor, forajele individuale, agricole sau industriale trebuie declarate și pot fi supuse impozitului.
Gaura de (sau seismic carotare ) este o geofizic tehnica .
Principiul constă în plasarea unei surse într-o gaură (exploziv, pistol cu aer, scânteie etc.) și înregistrarea primilor sosiri la suprafață folosind un seismograf și geofoane.
Interpretarea datelor face posibilă propunerea unui profil viteză / adâncime.
O meta-analiză a 25 de studii care s-au concentrat asupra problemelor scurgerilor de carcasă din puțurile de producție și injecție (puțuri active, inactive și / sau abandonate, atât pe uscat , cât și în larg , în rezervoare convenționale sau neconvenționale) a arătat că pierderile de integritate sunt mai frecvente decât imaginați (cu un risc care variază în funcție de tipul de foraj și de vârsta puțurilor). Astfel, din 8.030 puțuri recente forate în șistul Marcellus și inspectate în Pennsylvania în perioada 2005-2013, 6,3% au prezentat cel puțin o scurgere. O monitorizare din 2008-2011 a 3.533 de puțuri din Pennsylvania a descoperit 85 de defecțiuni ale carcasei de ciment sau oțel, iar patru dintre aceste puțuri au avut explozii și două au avut scurgeri majore de gaz. În Regatul Unit , 2.152 puțuri de hidrocarburi au fost forate (la uscat, adică pe uscat) între 1902 și 2013 în rezervoarele convenționale de cele mai multe ori; iar pentru 143 de puțuri active încă în producție la sfârșitul anului 2000 „există dovezi ale unui eșec al integrității puțurilor” . Legislația engleză impune reabilitarea fiecărei sonde după abandonarea funcționării sale, însă pentru 65,2% din aceste situri nu mai există dovezi ale prezenței lor la suprafață și nu se efectuează nicio monitorizare; în plus, pentru 53% dintre aceștia, proprietatea fântânii (și, prin urmare, responsabilitatea asociată) nu este clară (50 până la 100 dintre aceste fântâni ar fi site-uri orfane). Situația pare și mai gravă pentru forajele vechi (de exemplu, un studiu (2005) a arătat că 70% din puțurile de pe uscat din câmpul petrolier Santa Fe (descoperit în 1921 în California) prezintă pierderi de integritate (cu observarea bulelor de gaz care se ridică la Forajul cel mai recent are secțiuni orizontale, totuși, potrivit unui raport parlamentar canadian, „cimentarea de calitate superioară este recunoscută universal ca fiind mai dificilă atunci când carcasa este înclinată (de exemplu în puțurile orizontale)” , și injecțiile profunde sub presiunea poate fi ea însăși sursă de cutremure provocate de om (cu magnitudine 4-4,7, de exemplu în Ohio).