24/05/2013
Institut des mines de Marrak Marrakech ech
Département mines et carrières carriè res
Forage et estimation des ressources M.HOUMANE
2012/2013
Plan de cours 1ere partie: les forages I.
II. III. IV.
Etude de gisement la méthode géologique la méthode géophysique Méthodes de forage le forage rotary Les boues de forage
1
24/05/2013
I. Etude d’un gisement
Définition Correspond a une logique d’acquisition de données sur un site particulier particulier avec l’objectif d’apporter des réponses a des questions spécifiques relatives a la ressources recherchées:
La nature Ses caractéristiques Ses dimensions etc.…
La méthode géologiqu géologique e
QUOI ?
2
24/05/2013
I. Etude d’un gisement
Définition Correspond a une logique d’acquisition de données sur un site particulier particulier avec l’objectif d’apporter des réponses a des questions spécifiques relatives a la ressources recherchées:
La nature Ses caractéristiques Ses dimensions etc.…
La méthode géologiqu géologique e
QUOI ?
2
24/05/2013
La méthode géologiqu géologique e
constitue une approche par observatio observation n in situ (indices ,affleurement..) Cherche a préciser d’abord les structures géologiques qui caractérises la zone étudiée:
Les types Les discontinuités Failles Les plis
Régimes de contraintes
La méthode géologiqu géologique e
COMMENT ?
3
24/05/2013
La méthode géologique
La géologie dispose généralement d’outils précieux pour les zones étudiées(cartes géologiques 1/50 000, photo aériennes ,images satellites) Observation et mesures (orientations des structures) sur le terrains Des analyses minéralurgiques ou chimiques des solides(pour définir les conditions de l’interactions roche/substance recherchée)
La méthode géologique
POURQUOI?
4
24/05/2013
La méthode géologique
Data collection: disposer des informations pour préciser le cadre géologiques de la zone prospecter
La connaissance de plus en plus approfondie de la géologie permet d’optimiser les moyens a mettre en œuvre pour assurer une production plus important d’un gisement
La méthode géophysiques
QUOI ?
5
24/05/2013
La méthode géophysiques
La géophysique est essentiellement la mesure de contraste dans les propriétés physiques des matériaux constituant le sous-sol et la tentative de déduire la nature et la distribution de ces matériaux responsable de ces observations.
La méthode géophysiques
COMMENT ?
6
24/05/2013
La méthode géophysiques
La prospection sismique La prospection électrique La prospection électromagnétique La prospection gravimétrique
La méthode géologique
POURQUOI?
7
24/05/2013
La méthode géophysiques
La matrice rocheuse : la partie solide constituée par les minéraux possédant chacun leurs propriétés physique propres a savoir la densité, la résistivité, la vitesse ,etc.. La porosité: le volume du vide dans le sol Les fluides qui remplissent les vides(eau ,gaz , hydrocarbure, air)
Conclusion Quelque soit les méthodes utilise, l’analyse des résultats sera fortement valorisée si l’on dispose d’un ouvrage de reconnaissance (forage) permettant de caler (fixer) l’ interprétation des données.
8
24/05/2013
II. Les méthodes de forage Type de forages
Forage d’exploitation
Forage de reconnaissance Contexte Etude
Exploitation
des nappes souterraines
minier
géotechniques
Contexte
Exploitation
d’hydrocarbure
hydrogeologique
Atelier de forage
Source d’énergie
Les compresseurs
Air comprime 25 bar
Outils de transmission Les tiges de forage Diametre exterieur (OD) de 16mm a
Le choix depend du diametre et de la profondeur a atteindre
89mm Longu eur entre
Outils d’attaque
Les taillants de forage Taillants a bouton s spheriques ou balistiques Taillants a plaquettes
1,5 m et 6 m
9
24/05/2013
Exemple des outils
Atelier de forage
10
24/05/2013
Forage par battage Principe Forage par battage (a percussion) La méthode consiste a soulever un outil lourd (Trepan)et a le laisser tomber sur le terrain a traverser.la hauteur et la frequence de chute varient selon la durete des formations. Le nettoyage se fait a fur et a mesure de l’avancement par la descente d’une soupape permenttant de remonter les debris(cutting). Ce procede permet de realiser des forages sans utilisations d’eau ou de boue.
Forage par battage
Exemple
11
24/05/2013
Forage par battage Avantages
Inconvenients
•Procede simple et peu
•Avancement faible
couteux •Les
resultats sont satisfaisants dans terrains fissures
tres les
•Difficultes d’evacuations
des eaux jaillissantes •Procede peu adapte dans
Les terrains instables ou plastiques
•Pas de fluide de forages
donc pas de risque de pollution de la nappe
•Limitee en 25 m maximum
Forage au marteau fond de trou Principe Forage au MFT Cette methode utilise une percussion assortie d’une poussee sur l’outil qui se trouve lui meme en rotation. La rotation et la poussee sur l’outil se font a partir d’un train de tiges de forages entraine en surface une tete dite rotative.
12
24/05/2013
Forage au marteau fond de trou
Forage au marteau fond de trou Avantages
Inconvenients
•Procede peu adapte dans des
terrains non consolides ou plastiaques •Risque de formation des
•Avancement rapide
bouchons de cutting
profondeur >300 m
•Mauvais identification de c haque
niveau producteur
•Bonne
observation
des
cutting (coupe geologique)
•Necissite d’utiliser de
compresseur Tres puissants voir des surpresseurs pour des profondeur importantes
13
24/05/2013
Forage au MFT avec tubage a l’avancement Principe Forage au MFT avec tubage a l’avancement Il identique a la technique MFT classique exposée ciavant,cette méthode concerne la mise en place d’un tubage pour soutenir les parois du trou au fur et a mesure de sa foration. Elle met en œuvre un taillant pilote avec aléseur excentrique qui permet de forer des trous d’un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur des tubes. Le tubage est ainsi enfonce progressivement a la suite de l’aléseur .
Forage au MFT avec tubage a l’avancement Avantages
•Bonne
Inconvénients
observation du
cutting •Possibilité
d’utiliser une foration a air dans un contexte géologique stable •Meilleure
•Les mêmes inconvénient du
MFT classique a l’exception de la foration dans des Terrains non consolides.
individualisation des niveaux au moment de forage.
14
24/05/2013
Forage avec la méthode ODEX Principe Forage avec la méthode ODEX La méthode ODEX() permet de forer dans des terrains de mauvaise tenue nécessitant un tubage de protection. La perforation est assurée par un taillant pilote surmonte d’un aléseur excentrique permettant d’obtenir un trou de diamètre supérieur au celle du MFT .ce système permet au tube le revêtement de descendre dans le trou sans rotation a la suite de aléseur.
Forage avec la methode ODEX
15
24/05/2013
Forage avec la methode ODEX
Forage avec la methode ODEX Avantages
•Bonne
Inconvénients
observation du
cutting •Possibilité
d’utiliser une foration a air dans un contexte géologique stable •Meilleure
•Les mêmes inconvénient du
MFT classique a l’exception de la foration dans des Terrains non consolides.
individualisation des niveaux au moment de forage.
16
24/05/2013
Forage rotary en circulation direct Principe Forage rotary en circulation direct La méthode de forage rotary utilise un outil appelé trépan, monte au bout d’une lignes de sonde(tiges vissées les unes aux autres),anime d’un mouvement de rotation de vitesse variable et d’un mouvement de translation verticale sous l’effet d’une partie de poids de la lignes de sonde ou d’une pression hydraulique. Le mouvement de rotation est imprime au train de tiges et a l’outil par la table de rotation actionné par un moteur .les tiges sont creuses et permettent l’injection de la boue au fond du puits.
Forage rotary en circulation direct
17
24/05/2013
Forage rotary en circulation direct
Circulation directe
Forage rotary en circulation direct Avantages
Inconvénients
•On
peut atteindre des profondeurs importantes •Ce
système permet de contrôler les paramètres de forage (poids, vitesse, débit et qualité du fluide) •Le
forage au rotary entraine une consolidation des parois du terrains.
•Difficulté d’observation des
cutting . •Cette méthode nécessite un
Fluide de forage.
18
24/05/2013
Forage rotary en circulation inverse Principe Forage rotary en circulation inverse Cette méthode de forage diffère des méthodes précédentes par une circulation du fluide dans l’espace annulaire (entre la formation et les tiges)avec remontée des cutting par l’intérieur du train de tiges
Forage rotary en circulation inverse
Circulation inverse
19
24/05/2013
Forage rotary en circulation inverse Avantages
Inconvénients
•Risque de colmatage en
présence d’un fluide de forage. •Nécessite un contrôle continu •L’information géologique
et prises de décision adéquat.
est plus précis et quasiinstantanée .
•Risque d’occulter des
informations importantes par passage trop rapide sur des niveaux d’épaisseur réduite.
Forage carotte ou le carottage Principe Forage carotte ou carottage Cette méthode consiste en la réalisation d’un ouvrage a l’aide d’un outil spécial appelé carottier ,destine a récupérer la formation en place sans destruction. Le carottier est l’élément important de cette méthode car la qualité du sondage et des échantillons, appelés carottes, dépend en grande partie de lui.
20
24/05/2013
Couronne des carottiers
Carottes des sondages
21
24/05/2013
Forage carotte ou le carottage Avantages
Inconvénients
•Cout très élève; •Diamètre réduit; •Observation
géologique de qualité optimale;
•Pourcentage de récupération
des formations est en fonction de la nature des terrains (faible en structure non consolide)
Forage carotte ou le carottage Description
des carottes
Nom
de la roche Couleur, texture Altérations visibles Minéralisation et minéraux indicateurs Joints, schistosité, … Taux de récupération taux= long récupérée / long forée RQD (rock quality designation) Somme longueurs >10cm / longueur forée Mesure dépend de l’orientation du forage Autres observations…
22
24/05/2013
Fluides de forages I.
Les compositions des boues de forages
L’eau de fabrication
La boue
Les argiles (bentonite)
Les solides inertes
Fluides de forages I.
Propriétés de la boues de forages
La bentonite est une roche argileuse de densité 2,6;la dimension des particules qui la composent est inferieur au micron. Elle s’hydrate au passage de l’eau en formant des produits visqueux ou des masses gélatineuses. Les changements de volume résultant de cette hydratation son considérable ainsi que le volume devient 12 a 30 plus grand.
23
24/05/2013
Fluides de forages I.
Principales fonctions de la boues de forages
Nettoyage du puits Maintien des déblais en suspension Refroidissement et lubrification de l’outil et du train de sonde Dépôt d’un cake Prévention des venues d’eau ,de gaz ou d’huile Augmentation de la vitesse d’avancement Diminution du poids apparent du matériel de sondage Apport de renseignements sur le sondage
Fluides de forages I.
Propriétés de la boues de forages
Densité
Viscosité
d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et les solides
la résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence se produisant dans la masse d'une matière. Lorsque la viscosité augmente, l a capacité du fluide à s'écouler diminue.
Thixotropie
Une boue de forage laissée au repos édifie progressivement une structure qui augmente la rigidité et qui peut être détruite par agitation
24
24/05/2013
Fluides de forages I.
Propriétés de la boues de forages
cake
C’est ce qui est retenu par le terrain.
Filtrat
C’est ce qui passe a travers les parois du puits: Si le diamètre des pores est supérieur a celui des argiles en suspension, la formation absorbera le fluide dans son intégralité. Si le diamètre des pores et inferieur a celui des argiles, il y a filtration de ces éléments sur la parois(constitution d’un cake).c’est la perméabilité du cake qui condition la fil tration.
2eme partie: MÉTHODES CONVENTIONNELLES DE CALCUL DES RESSOURCES I. Méthode des polygones (plus proche voisin) II. Méthode des triangles III. Méthode de l'inverse de la distance
25
24/05/2013
Méthode des polygones (plus proche voisin) Principe Méthode des polygones (plus proche voisin) Dans un plan, on trace autour de chaque point échantillon un polygone renfermant tous les points du plan pour lesquels l’échantillon considéré est l’échantillon le plus près. La méthode la plus utilisée consiste à tracer des triangles les plus équilatéraux possibles (triangulation de Delaunay). Une fois les triangles tracés, on abaisse des perpendiculaires aux points milieux des segments des triangles. Les intersections entre trois perpendiculaires définissent un sommet du polygone.
Méthode des polygones (plus proche voisin)
26
24/05/2013
Méthode des polygones (plus proche voisin)
polygones de Voronoï
27
24/05/2013
Méthode des polygones (plus proche voisin)
Remarque:
Volume associé à un polygone : Surface du polygone x épaisseur de la veine mesurée au point échantillon situé dans chaque polygone.
Prisme d’influence
Méthode des polygones (plus proche voisin)
Calcule de la teneur
28
24/05/2013
Méthode des triangles Principe
Méthode usuelle (simple): Relier les échantillons 3 par 3. La teneur estimée pour le triangle est la teneur moyenne des trois sommets. Façons de tracer les triangles : Il existe plusieurs façons de construire les triangles. En général, il est préférable de tracer des triangles équilatéraux. Dans certains cas, on peut tracer les triangles parallèlement à la continuité de la minéralisation. La triangulation de Delaunay est unique et fournit les triangles les plus équilatéraux possibles. Une triangulation de Delaunay est obtenue lorsque le cercle passant par les sommets d’un triangle n’inclut aucun point échantillon à l’intérieur, et ce, pour chaque triangle. Des algorithmes très efficaces existent pour réaliser cette triangulation.
Méthode des triangles
Triangulation de Delaunay Cercle défini par 3 points d’un triangle de Delaunay n’inclut aucun autre point
29
24/05/2013
Méthode des triangles
Formules de Calcule de la teneur d’un point dans le triangle
Méthode des triangles
Calcule de la teneur d’un point dans le triangle
30
24/05/2013
Méthode des triangles
Exemple :
Moyenne pondérée:
Méthode des %:
Méthode de l'inverse de la distance
L’estimateur est de la forme :
Où di est la distance entre le point à estimer et le i ème point observé
31