Lorsqu'un puits est foré dans la terre, le trépan casse des petits morceaux de rocher appelés déblais de forage. Les déblais doivent être retirés du puits afin que le trépan puisse continuer à creuser. Dans le forage de puits à l'aide de méthodes modernes, les déblais sont évacués du puits en faisant circuler un fluide de forage, une boue à base d'eau, d'argile et d'autres matériaux. Ce fluide de forage est souvent appelé boue de forage.
La boue est pompée sous pression par le centre de la tige de forage. Elle sort en bas du puits, par les orifices du trépan. Elle remonte ensuite jusqu'à la surface, en passant le long du trépan, entraînant simultanément les déblais de forage. Ces derniers sont retirés de la boue, puis cette dernière est recirculée.
La résistance d'un liquide à l'écoulement est appelée viscosité. La viscosité de la boue aide à suspendre les déblais, pour qu'ils ne tombent pas au fond du puits. Lorsque la boue remonte à la surface, elle entraîne les déblais suspendus également.
Cliquez ici pour voir une animation de ce procédé.
Dans le cadre de cet exercice, vous simulerez la circulation de la boue de forage et étudierez l'importance de la viscosité pour entraîner les déblais vers la surface.
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Goujon en bois d'environ 30 cm de long et 1,3 cm de diamètre
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Tube en plastique transparent d'environ 15 cm de long et 1,3 cm de diamètre intérieur
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Sable
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Eprouvette transparente en plastique graduée ayant un diamètre intérieur d'environ 2,5 cm
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Eau
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Shampoing transparent
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Ruban adhésif transparent
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Papier de verre
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Serviettes en papier
- Lunettes
1. Insérez le goujon dans le tube transparent et enfoncez-le complètement jusqu’à l'autre extrémité.
Le goujon doit bouger facilement dans le tube lorsque vous l'enfoncez, tout en restant en contact avec tout le tour de la paroi du tube. S'il ne rentre pas dans le tube, enroulez son extrémité d'un ou deux tours de ruban adhésif. S'il est trop serré dans le tube, frottez l'extérieur du goujon avec du papier de verre pour réduire son diamètre. |
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2. Versez doucement du sable dans l'éprouvette graduée avec précaution, de sorte à former une couche d'environ 3 mm en bas. |
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3. Versez lentement de l'eau dans l'éprouvette jusqu'à ce qu'elle soit remplie au tiers.
L'éprouvette représente un puits foré dans la terre et le sable représente les déblais devant être retirés du puits. L'eau représente un type de boue de forage peu visqueuse. |
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4. Attendez un instant que l'eau pénètre dans le sable et mouille toutes les granules. Si votre sable présente une imperméabilité temporaire, remuez l'eau ou secouez doucement l'éprouvette pour mélanger le sable et l'eau.
Le sable mouillé est plus foncé que le sable sec. La première photo, à droite, montre une couche de sable sec plus claire sous le sable mouillé foncé. Sur la photo suivante, tout le sable est mouillé. |
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5. Insérez l'extrémité du tube avec le goujon dans l'éprouvette graduée de sorte qu'elle se trouve juste en dessous du niveau de l'eau.
Enfoncez doucement le tube dans l'eau tout en maintenant le goujon, de sorte que son extrémité reste à peu près au niveau de l'eau. Au fur et à mesure que le tube descend, il se remplit d'eau, une fois l'extrémité du goujon dépassée. Continuez à enfoncer le tube, jusqu'à ce qu'il repose sur le sable au fond de l'éprouvette et que le bas du goujon soit environ au niveau de l'eau. La partie du tube située en dessous du goujon sera ainsi remplie d'eau.
Le tube représente le puits et le goujon représente la pompe permettant de faire circuler la boue à faible viscosité (eau). L'eau du tube représente la boue de forage qui circulera ensuite. |
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6. L’extrémité du tube reposant au fond de l’éprouvette, enfoncez le goujon sans à-coups, en faisant sortir l'eau par le fond du tube. Observez l'effet de l'écoulement de l'eau sur le sable.
Une fois que le goujon est complètement au fond du tube, attendez un moment et observez l'effet de l'arrêt de l'écoulement de l'eau sur le sable. |
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Lorsque vous avez terminé de noter vos observations, il est temps de vous préparer pour la seconde partie de l'expérience. Retirez le goujon du tube. Jetez le sable et l'eau en les versant dans des serviettes en papier très absorbantes. Jetez les serviettes à la poubelle. N'évacuez pas le sable par une canalisation.
Lavez et séchez tout le matériel. Enfoncez un morceau de serviette en papier à l'aide du goujon pour sécher l'intérieur du tube et de l'éprouvette graduée. |
Recommencez les étapes ci-dessus à l'aide d’un shampoing transparent pour la partie suivante de l'expérience. Le shampoing représente une boue de forage très visqueuse. Quelles seront les différences entre le shampoing et l'eau ? (Veillez à verser le sable avant d'ajouter le shampoing.) |
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Après avoir réalisé cette expérience et noté vos observations,
consultez nos résultats.
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