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Les roches sont raclées à l'aide du trépan rotatif. Le fluide de forage, qui est pompé par la tige de forage, collecte les déblais et les remonte à la surface.
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L'environnement difficile des opérations de forage souterrain a encouragé les initiatives de recherche et développement en vue de concevoir des fluides de forage pouvant jouer plusieurs rôles importants : suspension, contrôle de la pression, stabilisation des formations, flottabilité, lubrification et refroidissement.
L'écoulement du fluide de forage dans la tige de forage est parfois interrompu suite à un problème ou pour dégager la tige de forage afin de changer le trépan. A l'arrêt du forage, les déblais en suspension dans le fluide risquent de couler au fond du trou, bloquant ainsi la foreuse. Les fluides de forage ont une propriété très intéressante qui résout ce problème. En effet, l'épaisseur ou la viscosité du fluide augmente au fur et à mesure que le fluide ralentit. Lorsque la circulation du fluide s'arrête, il se transforme en un gel épais qui retient les déblais rocheux et les empêche de tomber au fond du puits. Lorsque le fluide recommence à circuler, il se fluidifie et retrouve sa forme initiale, liquide et claire.
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Lorsqu'il est immobile, le gel Visplex* supporte le poids d'un petit rocher.
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Le Visplex* a une propriété intéressante et inhabituelle. Il peut changer de forme (il peut se fluidifier ou s'épaissir). Cette particularité permet au fluide de forage de retenir les déblais à l'arrêt du forage.
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Lorsque le gel est mélangé, il se liquéfie et le rocher coule.
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On a tous en tête l'image populaire de pétrole jaillissant d'une installation de forage, haut dans le ciel, pendant que les ouvriers se réjouissent d'avoir trouvé du pétrole. De telles éruptions sont, en fait, assez rares et ne conduisent pas à des manifestations de joie car le but est d'extraire du pétrole d'une manière contrôlée. La boue sert à empêcher les accidents en neutralisant la pression naturelle des fluides dans la formation rocheuse. Il faut réussir à équilibrer la pression du fluide de forage qui doit être suffisante pour contrecarrer la pression exercée par les formations rocheuses et par le pétrole ou le gaz, mais pas trop forte pour ne pas endommager le puits. Si le poids du fluide de forage est trop élevé, la roche risque de se fracturer et le fluide de forage se répandra dans le sol.
La pression d'un liquide dépend de sa densité. Des agents denses peuvent être ajoutés au fluide de forage pour augmenter sa densité et, par conséquent, pour accroître la pression exercée sur les parois du puits. La densité du liquide peut être ajustée pour satisfaire aux conditions du puits.
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Le processus de forage comprend deux phases. Le forage commence d'abord dans des roches ne contenant pas de pétrole. Le but est de se déplacer le plus rapidement possible et de parvenir à la roche contenant du pétrole, appelée réservoir. La priorité consiste à assurer la stabilité de la formation rocheuse mise à nu dans le puits tout en évitant de perdre le fluide de forage. En maintenant la pression du fluide de forage au-dessus de la pression interstitielle de la formation rocheuse, le fluide de forage a naturellement tendance à pénétrer la roche perméable de la formation. Ceci peut être évité grâce à des additifs particuliers ajoutés aux fluides de forage.
Le fluide de forage peut interagir avec la roche environnante de plusieurs manières. Par exemple, si la roche renferme beaucoup de sel, l'eau dissoudra le sel et aura tendance à rendre les parois du puits instables. Un fluide à base d'huile est plus approprié dans cette situation. Les formations rocheuses à forte teneur en argile ont également tendance à être évacuées avec l'eau. Ce type de formation nécessite un fluide inhibiteur pour maintenir la stabilité du puits et empêcher l'élargissement du trou ou les fuites d'eau. Au fur et à mesure que le forage avance, le puits est garni d'un tubage en acier qui est cimenté afin de consolider le puits et d'offrir un passage pour remonter le pétrole à la surface lorsque le réservoir est atteint. Une fois le réservoir atteint, il arrive que la composition du fluide de forage doive être modifiée pour empêcher l'obturation des pores de la roche. Le maintien des pores ouverts permet au pétrole de circuler plus librement dans le puits jusqu'à la surface.
Un puits peut avoir plusieurs milliers de mètres de profondeur. Une tige de forage en acier de cette longueur pèse plusieurs tonnes. L'immersion de la tige de forage dans le fluide produit un effet de flottabilité, ce qui réduit son poids et limite la tension appliquée sur le mécanisme de forage.
Lorsque le métal se déplace contre la roche, un frottement et un échauffement se produisent. Les fluides de forage permettent de lubrifier et de refroidir le trépan, ce qui assure un fonctionnement sans à-coups et prolonge la durée de vie du trépan. La lubrification peut s'avérer particulièrement importante sur les puits très profonds ou les puits horizontaux où le frottement entre la tige de forage, le trépan et la surface rocheuse doit être réduit au minimum.
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