Numérisation du processus de forage rotatif hydraulique pour le profilage mécanique en continu des roches sédimentaires siliciclastiques

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3701 (2023) Citer cet article

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Le forage rotatif hydraulique peut offrir les informations et carottes essentielles pour les recherches sur la terre solide. L'enregistrement des données factuelles de forage sur le terrain et l'analyse du processus de carottage rotatif hydraulique sont des défis mais prometteurs pour utiliser les informations massives de forage en géophysique et en géologie. Cet article adopte la technique de surveillance du processus de forage (DPM) et enregistre les quatre paramètres de déplacement, de pression de poussée, de pression ascendante et de vitesse de rotation dans des séries en temps réel pour profiler les roches sédimentaires siliciclastiques le long d'un trou de forage de 108 m de profondeur. Les résultats de la numérisation avec 107 zones linéaires représentent la répartition spatiale des géomatériaux forés comprenant les dépôts superficiels (remblais, loess, sol graveleux), les mudstones, les mudstones limoneux, les meulières et les grès fins. Les vitesses de forage constantes variant de 0,018 à 1,905 m/min présentent la résistance au carottage in situ des géomatériaux forés. De plus, les vitesses de forage constantes peuvent identifier la qualité de résistance des sols aux roches dures. Les distributions d'épaisseur des six qualités de résistance de base sont présentées pour toutes les roches sédimentaires et chaque type individuel des sept sols et roches. Le profil de résistance in situ déterminé dans cet article peut être utilisé pour évaluer le comportement mécanique in situ du géomatériau le long du trou de forage et peut fournir une nouvelle évaluation mécanique pour déterminer la distribution spatiale des strates et des structures géologiques dans le sous-sol. Ils sont importants car la même strate à différentes profondeurs peut avoir un comportement mécanique différent. Les résultats fournissent une nouvelle mesure quantitative pour le profilage mécanique in situ en continu à l'aide de données de forage numériques. Les résultats de l'article peuvent offrir une méthode nouvelle et efficace pour affiner et améliorer l'investigation du sol in situ, et peuvent fournir aux chercheurs et aux ingénieurs un nouvel outil et une référence précieuse pour numériser et utiliser les données factuelles des projets de forage en cours.

Le forage, notamment le carottage rotatif hydraulique, est une opération courante, essentielle et importante pour offrir des carottes et des informations associées pour les recherches géophysiques et géologiques sur terre solide1. Les informations de forage associées font désormais l’objet d’études de plus en plus interdisciplinaires dans le cadre de la numérisation croissante des observatoires de la Terre solide partout dans le monde2. Flinchum et coll. a utilisé les données de sismique réfraction et l'état physique des échantillons de carottes issus du processus de carottage rotatif hydraulique pour déduire la structure souterraine sous une crête de granite3. Allen et coll. a révélé la présence d'une zone d'altération de 30 m d'épaisseur recouvrant à la fois la carotte de faille et la zone endommagée par les résultats d'essais en laboratoire d'échantillons de carottes le long d'un trou de forage de 100,6 m4. Les mesures en laboratoire sur des carottes extraites des forages sont largement utilisées pour quantifier les variations en fond de trou sur les propriétés mécaniques et géophysiques5,6,7.

Cependant, les mesures de carottes en laboratoire et certains tests in situ pour de nombreux trous de forage peuvent être prohibitifs et difficiles sur le plan logistique, en particulier dans certains environnements géologiques complexes sur lesquels les études géophysiques sont souvent concentrées3. En fait, le forage lui-même peut également être considéré comme une mesure in situ des propriétés des géomatériaux8,9,10. Des données factuelles massives sur les paramètres de forage tels que la vitesse de forage (ou le taux de pénétration), en tant que sous-produits du processus de forage, n'ont pas été collectées et utilisées. Il peut contenir des informations mécaniques et géophysiques. La numérisation du processus de forage avec des données factuelles est un défi mais prometteuse pour la recherche sur la terre solide.

Plusieurs chercheurs se sont concentrés sur les études des informations de forage. Rizzo et coll. a utilisé les signaux électriques numériques du trou de forage pour identifier la distribution de la conductivité hydraulique11. Les informations sur les déformations in situ ont été surveillées et analysées par les extensomètres de forage à quatre jauges (FGBS)12. La technologie de mesure en cours de forage (MWD) a été utilisée pour mesurer les paramètres de forage tels que le taux de pénétration, la pression de poussée et la vitesse de rotation dans les sciences et l'ingénierie pétrolières et minières13,14,15. Yue et coll. a inventé la technique de surveillance du processus de forage (DPM) et développé la méthode des séries en temps réel pour la mesure et l'analyse de données factuelles10,16.